Cheminius senovės popieriaus gamybos principus daugiausia atspindi daugybė cheminių pokyčių, vykstančių gamybos procesų metu, įskaitant žaliavų apdorojimą, virimą, celiuliozę, popieriaus gamybą ir džiovinimą.
Žaliavos perdirbimo etape popieriaus gamybos žaliavos daugiausia yra augaliniai pluoštai, tokie kaip kanapės, žievė ir bambukas. Žaliavos mirkomos šarminiame kalkiniame vandenyje, kuris chemiškai reaguoja su augalinių skaidulų priemaišomis. Ligninas, esantis augalinėse skaidulose, veikiamas kalkių vandens, hidrolizuojamas, suardoma jo struktūra ir atsiskiria nuo pluošto. Tuo pačiu metu kalkių vanduo taip pat skaido pektiną, pašalindamas iš pluošto nešvarumus ir padarydamas jį švaresnį.
Virimo stadijoje išmirkytos žaliavos dedamos į puodą kepimui. Esant aukštai temperatūrai ir šarminėms sąlygoms, pluoštų cheminė sudėtis toliau kinta. Celiuliozė dalinai suyra, pakinta jos molekulinė struktūra, mažėja polimerizacijos laipsnis, trumpėja molekulinės grandinės. Tai pagerina pluošto lankstumą ir plastiškumą, sudarydama sąlygas tolesniam popieriaus gamybai.
Plaušinimo procese siekiama toliau tobulinti ir išsklaidyti pluoštus, o tai sukelia chemines reakcijas. Pluoštai veikiami mechaninių jėgų, sukeliančių paviršiaus funkcinių grupių pokyčius. Pavyzdžiui, pluošto paviršiaus hidroksilo grupės lėtai oksiduojasi su ore esančiu deguonimi, todėl susidaro naujos funkcinės grupės, kuriose yra deguonies. Šios naujos funkcinės grupės padidina vandenilio jungties jėgą tarp pluoštų, todėl popierius tampa tvirtesnis ir kietesnis.
Popieriaus gamybos procese minkštimas paskirstomas ant bambukinio tinklelio arba formos, o vanduo nusausinamas, kad susidarytų popierius. Vandeniui išgaruojant atstumas tarp skaidulų mažėja, didėja sąveikos jėgos. Tuo pačiu metu mažos molekulės ant pluošto paviršiaus koncentruojasi išgarinant vandenį, sudarydamos cheminius ryšius tarp pluoštų ir padidindamos popieriaus struktūrinį stabilumą.
