热升华(Thermal Dye Sublimation)打印机的工作原理是将四种颜色(黄色、品红色、青蓝色和黑色，简称CMYK)的固体颜料色带(Ribbon)通过安装有数以万计的半导体加热元件的打印头（printerhead）加热，当这些加热元件的温度升高到一定程度时，就可以将固体颜料直接转化为气态(固态不经过液化就变成气态的过程称为升华，因此这种打印机被称为热升华打印机)，然后将气体喷射到打印介质上。证卡打印机（Cardprinter）正是利用这个原理工作的。
当证卡打印机工作时，卡片和色带同时通过一个轮子，在打印头下均被加热，利用打印头上直径小于40μm的单晶硅发热点阵,打印头上的发热点阵通电，将涂在色带上的干性固态油墨融化。加热过程中，发生奇妙的转化，在大约320度（华氏），热力分开聚合物分子，当打印头一过，温度下降，油墨由气态变为固态，油墨嵌入聚合物，聚合物分子聚合在一起（这就是为什么热升华打印擦不掉的原因）。加热器件的加热等级有256个等级，所以因加热升腾的汽化颜料浓度也不同，导致颜色也会对应有256级的连续色阶，这就是颜色等级的概念。三元色（黄Y，红M，蓝C）每256级，共可以生成1677 万色的连续色阶（256×256×256=1677万），1677万色这已经差不多是人眼能分辨的颜色深度的极限。热升华打印机300dpi的精度几乎相当于喷墨打印机4800dpi的效果。黑（K）色块，用于打印纯黑色文本。还有一个覆膜过程。而将卡面覆膜之后，其整体的色彩感觉将会更加的明亮鲜艳，即在四层色彩上再使用色带上的特殊材料升华并附着于卡面，形成一层保护膜，该膜可以起到防氧化变色、防水、防指纹等作用。
当一种色彩印过后，自动移到开头进行下一种颜色，所以色带有几个色块，卡片就要在打印机里来回走几次。
最根本的，由于色彩的转印不是物理的墨滴，而是气相的颜料，所形成的色阶几乎是连续的，色彩非常细腻，也看不到喷墨打印那样的点。另外，由于热升华颜料特殊的化学构成，打印的照片颜色附着性好，防潮，色彩稳定，历经数年之后仍会非常鲜艳。