熱敏紙是一種特殊的涂布加工紙，其外觀與普通白紙相似，熱敏紙表層光滑，是由普通紙張作為紙基，上面涂布一層熱敏發色層，都涂在普通紙張表面的一面，發色層是由膠粘劑、顯色劑、無色染料(或稱隱色染料)組成，沒有通過微膠囊予以隔開，化學反應處于“潛伏”狀態。當熱敏紙遇到發熱的打印頭時，打印頭所打印之處的顯色劑與無色染料即發生化學反應而變色，形成圖文。

熱敏紙被置于70℃以上環境時，熱敏涂層開始變色。其變色的原因還要從它的成份談起。
熱敏紙涂層中的熱敏成份主要是兩種：一種是無色染料或稱隱色染料；另外一種是顯色劑。這類熱敏紙也被稱為雙組分化學型熱敏記錄紙。
常用作無色染料的主要是：三苯甲烷基苯酞體系的結晶紫內酯(CVL)、熒烷體系、無色苯酰亞甲基藍(BLMB)或螺吡喃體系等物質。 常用作顯色劑的主要是：對位羥基苯甲酸及其酯類(PHBB、PHB)、水楊酸、2,4-二羥基苯甲酸或芳族砜等物質。
熱敏紙遇熱后無色染料與顯色劑發生化學反應產生顏色，于是使用熱敏紙在傳真機上接收信號打印或直接用熱敏打印機打印時，圖文就顯示出來了。由于用作無色染料的品種有許多種，所以顯現的字跡顏色就有不同，有藍色、紫紅色、黑色等。