La couche thermique résulte du mélange de deux préparations contenant chacune un principe actif dispersé dans un milieux aqueux à base d'alcool polyvinylique. On commence par un broyage séparé du leuco-colorant, du révélateur et de la charge. À partir de l’état solide, ces particules sont réduites à des tailles de quelques micromètres avec un broyeur spécial. Si le leuco-colorant n’est pas entièrement solubilisé ou bien broyé, il produira une couleur grise, ce qui traduit une décoloration précoce du "complex couleur", c’est-à-dire une image révélée moins contrastée.

Le processus de dispersion doit être optimisé. Généralement, plus le temps de dispersion augmente, plus la viscosité de la couche augmente, ce qui entraîne une ré-agglomération des particules.

Dans ces conditions, les tensioactifs jouent un rôle positif dans la dispersion, mais ils peuvent enduire une perte de qualité de l’image thermique dans le produit final.

Dans un papier fax, l’intensité et l’uniformité de l’image révélée sont les caractéristiques essentielles. La stabilité de l’image est due surtout à la présence d’une précouche (primer) étalée sur le support fibreux avant la couche thermique active. La précouche empêche la migration des principes actifs vers le support. En outre, elle ralentit le transfert thermique vers le substrat, si bien que la chaleur fournie par la tête d'écriture est localisée dans la couche active. L’image est ainsi révélée plus rapidement, et l'expérience montre qu'elle est plus homogène. Enfin, ce résultat est obtenu en utilisant moins d’éléments actifs que dans le cas d’un papier sans précouche.

Dans le papier thermique utilisé pour les billets et pour les étiquettes, la couche active est recouverte d'une couche de protection. Son rôle consiste à fournir une protection supplémentaire à l’image thermique contre certains agents contenus dans l’environnement, tels que l’eau, la graisse, l’huile, etc. Cette couche de protection doit avoir des caractéristiques isolantes faibles pour permettre un bon transfert de la chaleur entre les couches. Elle contient typiquement :

L’efficacité de la couche de protection dépend de son pH, du liant choisi, et surtout de la vitesse à laquelle elle est déposée. La couche de protection doit sécher en 5 à 15 secondes.

Les étiquettes possèdent en plus une quatrième couche, étalée au verso ; elle sert de barrière à la migration de l'adhésif. Les figures 8, 9 et 10 ci-dessous représentent la coupe schématique de trois papiers thermique pour étiquettes présentant divers degrés de protection.

Pour l’enduction, on utilise généralement un système à racle ou à lame d’air comprimé. Le séchage et le calandrage de la surface sont des phases très importantes dans le procédé.