หลักการของเครื่องพิมพ์ความร้อนคือการครอบคลุมวัสดุสีอ่อน (มักจะเป็นกระดาษ) ด้วยชั้นของฟิล์มโปร่งใสจากนั้นให้ความร้อนกับฟิล์มเป็นระยะเวลาหนึ่งที่จะเปลี่ยนเป็นสีเข้ม (โดยปกติสีดำ แต่ยังเป็นสีน้ำเงิน) ภาพถูกสร้างขึ้นโดยการให้ความร้อนทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีในฟิล์ม ปฏิกิริยาทางเคมีนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิที่แน่นอน อุณหภูมิสูงจะเร่งปฏิกิริยาเคมีนี้ เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 60 องศาภาพยนตร์ใช้เวลานานแม้กระทั่งหลายปีที่จะกลายเป็นมืด และเมื่ออุณหภูมิคือ 200 องศาการสะท้อนนี้จะเสร็จสมบูรณ์ในไม่กี่ไมโครวินาที เครื่องพิมพ์ความร้อนจะเลือกกระดาษความร้อนให้ร้อนในตำแหน่งที่แน่นอนซึ่งจะสร้างกราฟิกที่สอดคล้องกัน เครื่องทำความร้อนจัดทำโดยเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าขนาดเล็กบนหัวพิมพ์ที่สัมผัสกับวัสดุความร้อน เครื่องทำความร้อนจะถูกจัดเรียงในจุดสี่เหลี่ยมหรือแถบและถูกควบคุมอย่างมีเหตุผลโดยเครื่องพิมพ์ เมื่อขับเคลื่อนกราฟิกที่สอดคล้องกับองค์ประกอบความร้อนจะถูกสร้างขึ้นบนกระดาษความร้อน วงจรลอจิกเดียวกันที่ควบคุมองค์ประกอบความร้อนยังควบคุมฟีดกระดาษเพื่อให้สามารถพิมพ์กราฟิกบนฉลากหรือกระดาษทั้งหมดได้
เครื่องพิมพ์ความร้อนที่พบมากที่สุดใช้หัวพิมพ์คงที่พร้อมเมทริกซ์จุดร้อน หัวพิมพ์มีจุด 320 ตารางซึ่งแต่ละจุดคือ 0.25 มม. × 0.25 มม. การใช้เมทริกซ์จุดนี้เครื่องพิมพ์สามารถพิมพ์จุดบนตำแหน่งใด ๆ บนกระดาษความร้อน เทคโนโลยีนี้ใช้ในเครื่องพิมพ์กระดาษและเครื่องพิมพ์ฉลาก
