热敏打印机的原理是，在淡色材料上（通常是纸）覆上一层透明膜，将膜加热一段时间后变成深色（一般是黑色，也有蓝色）。图象是通过加热，在膜中产生化学反应而生成的。这种化学反应是在一定的温度下进行的。高温会加速这种化学反应。当温度低于60℃时，膜需要经过相当长，甚至长达几年的时间才能变成深色；而当温度为200℃时，这种反映会在几微秒内完成。

热敏打印机有选择地在热敏纸的确定位置上加热，由此就产生了相应的图形。加热是由与热敏材料相接触的打印头上的一个小电子加热器提供的。加热器排成方点或条的形式由打印机进行逻辑控制，当被驱动时，就在热敏纸上产生一个与加热元素相应的图形。控制加热元素的同一逻辑电路，同时也控制着进纸，因而能在整个标签或纸张上印出图形。

最普遍的热敏打印机使用一种带加热点阵的固定打印头，打印头设有320个方点,每一点为0.25mm×0.25mm。利用这种点阵，打印机可把打印点在热敏纸的任意位置上。这种技术已用于纸张打印机和标签打印机上。

热敏打印技术最早使用在传真机上，其基本原理是将打印机接收的数据转换成点阵的信号控制热敏单元的加热，把热敏纸上热敏涂层加热显影。

热敏打印机只能使用专用的热敏纸，热敏纸上涂有一层遇热就会产生化学反应而变色的涂层，类似于感光胶片，不过这层涂层是遇热后会变色，利用热敏涂层的这种特性，出现了热敏打印技术。

热敏打印技术的关键在于加热元件，热敏打印机芯上有一排微小的半导体元件，这些元件排得很密，从200dpi到600dpi不等，这些元件在通过一定电流是会很快产生高温，当热敏纸得涂层遇到这些元件时，在极短的时间内温度就会升高，热敏纸上得涂层就会发生化学反应，现出颜色。