熱升華(Thermal Dye Sublimation)打印機的工作原理是將四種顏色(黃色、品紅色、青藍色和黑色，簡稱CMYK)的固體顏料色帶(Ribbon)通過安裝有數以萬計的半導體加熱元件的打印頭（printer[head]）加熱，當這些加熱元件的溫度升高到一定程度時，就可以將固體顏料直接轉化為氣態(tài)(固態(tài)不經過液化就變成氣態(tài)的過程稱為升華，因此這種打印機被稱為熱升華打印機)，然后將氣體噴射到打印介質上。證卡打印機（Cardprinter）正是利用這個原理工作的。

當證卡打印機工作時，卡片和色帶同時通過一個輪子，在打印頭下均被加熱，利用打印頭上直徑小于40μm的單晶硅發(fā)熱點陣,打印頭上的發(fā)熱點陣通電，將涂在色帶上的干性固態(tài)油墨融化。加熱過程中，發(fā)生奇妙的轉化，在大約320度（華氏），熱力分開聚合物分子，當打印頭一過，溫度下降，油墨由氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，油墨嵌入聚合物，聚合物分子聚合在一起（這就是為什么熱升華打印擦不掉的原因）。加熱器件的加熱等級有256個等級，所以因加熱升騰的汽化顏料濃度也不同，導致顏色也會對應有256級的連續(xù)色階，這就是顏色等級的概念。三元色（黃Y，紅M，藍C）每256級，共可以生成1677 萬色的連續(xù)色階（256×256×256=1677萬），1677萬色這已經差不多是人眼能分辨的顏色深度的極限。熱升華打印機300dpi的精度幾乎相當于噴墨打印機4800dpi的效果。黑（K）色塊，用于打印純黑色文本。還有一個覆膜過程。而將卡面覆膜之后，其整體的色彩感覺將會更加的明亮鮮艷，即在四層色彩上再使用色帶上的特殊材料升華并附著于卡面，形成一層保護膜，該膜可以起到防氧化變色、防水、防指紋等作用。

當一種色彩印過后，自動移到開頭進行下一種顏色，所以色帶有幾個色塊，卡片就要在打印機里來回走幾次。

根本的，由于色彩的轉印不是物理的墨滴，而是氣相的顏料，所形成的色階幾乎是連續(xù)的，色彩非常細膩，也看不到噴墨打印那樣的點。另外，由于熱升華顏料特殊的化學構成，打印的照片顏色附著性好，防潮，色彩穩(wěn)定，歷經數年之后仍會非常鮮艷。