Načelo toplotnega tiskalnika je, da pokrije svetlobo - barvni material (običajno papir) s plastjo prozornega filma, nato pa film za nekaj časa segrejte, da ga spremenite v temno barvo (običajno črno, a tudi modro). Slika nastane s segrevanjem, kar povzroči kemično reakcijo v filmu. Ta kemična reakcija se izvaja pri določeni temperaturi. Visoka temperatura bo pospešila to kemijsko reakcijo. Kadar je temperatura nižja od 60 stopinj, film traja dolgo, celo nekaj let, da postane temen; In ko je temperatura 200 stopinj, bo ta odsev dokončan v nekaj mikrosekundah. Toplotni tiskalnik selektivno segreva toplotni papir v določenem položaju in s tem ustvari ustrezno grafiko. Ogrevanje zagotavlja majhen električni grelec na tiskalni glavi, ki je v stiku s toplotnim materialom. Grelniki so razporejeni v kvadratnih pikah ali trakovih in jih tiskalnik logično nadzira. Ko se vozi, se na toplotnem papirju ustvari grafika, ki ustreza grelnemu elementu. Isto logično vezje, ki nadzoruje grelni element, tudi nadzoruje vir papirja, tako da je mogoče grafiko natisniti na celotni etiketi ali papirju.
Najpogostejši toplotni tiskalnik uporablja fiksno tiskarsko glavo z ogrevano matrico pik. Tiskarna ima 320 kvadratnih pik, od katerih je vsaka 0,25 mm × 0,25 mm. Z uporabo te matrice pik lahko tiskalnik tiskalnik tiska na kateri koli položaj na termalnem papirju. Ta tehnologija je bila uporabljena v papirnih tiskalnikih in tiskalnikih nalepk
