Η αρχή ενός θερμικού εκτυπωτή είναι να καλύψει ένα φως - χρωματισμένο υλικό (συνήθως χαρτί) με ένα στρώμα διαφανούς μεμβράνης και στη συνέχεια θερμαίνεται η μεμβράνη για μια χρονική περίοδο για να το μετατρέψει σε σκούρο χρώμα (συνήθως μαύρο, αλλά και μπλε). Η εικόνα παράγεται με θέρμανση, προκαλώντας χημική αντίδραση στην μεμβράνη. Αυτή η χημική αντίδραση πραγματοποιείται σε μια ορισμένη θερμοκρασία. Η υψηλή θερμοκρασία θα επιταχύνει αυτή τη χημική αντίδραση. Όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από 60 βαθμούς, η μεμβράνη διαρκεί πολύ, ακόμη και αρκετά χρόνια, για να γίνει σκοτεινή. Και όταν η θερμοκρασία είναι 200 βαθμούς, αυτός ο προβληματισμός θα ολοκληρωθεί σε μερικά μικροδευτερόλεπτα. Ο θερμικός εκτυπωτής θερμαίνει επιλεκτικά το θερμικό χαρτί σε μια συγκεκριμένη θέση, παράγοντας έτσι αντίστοιχα γραφικά. Η θέρμανση παρέχεται από έναν μικρό ηλεκτρικό θερμαντήρα στην κεφαλή εκτύπωσης που έρχεται σε επαφή με το θερμικό υλικό. Οι θερμαντήρες είναι διατεταγμένες σε τετραγωνικές κουκίδες ή λωρίδες και λογικά ελέγχονται από τον εκτυπωτή. Όταν οδηγείται, ένα γραφικό που αντιστοιχεί στο στοιχείο θέρμανσης παράγεται στο θερμικό χαρτί. Το ίδιο κύκλωμα λογικής που ελέγχει το στοιχείο θέρμανσης ελέγχει επίσης τη ροή χαρτιού, έτσι ώστε τα γραφικά να μπορούν να εκτυπωθούν σε ολόκληρη την ετικέτα ή το χαρτί.
Ο πιο συνηθισμένος θερμικός εκτυπωτής χρησιμοποιεί μια σταθερή κεφαλή εκτύπωσης με θερμαινόμενη μήτρα κουκκίδων. Η κεφαλή εκτύπωσης έχει 320 τετραγωνικές κουκίδες, καθένα από τα οποία είναι 0,25 mm × 0,25mm. Χρησιμοποιώντας αυτό το dot matrix, ο εκτυπωτής μπορεί να εκτυπώσει κουκκίδες σε οποιαδήποτε θέση στο θερμικό χαρτί. Αυτή η τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί σε εκτυπωτές χαρτιού και εκτυπωτές ετικετών
