خمیرهای شیمیایی، توسط پخت اسیدی یا قلیایی خرده چئب، تحت فشار و حرارت تهیه می شوند در طول پخت شیمیایی خرده چوب ها، لیگنین و همی سلولزها حل شده تا الیاف سلولزی از ساختار پیچیده چوب جدا شوند. البته پس از استحصال، خمیر کاغذ سفید نشده و همچنان مقداری لیگنین و همی سلولز که در ترکیب با الیاف سلولزی هستند را در ساختار خود دارا می باشد. اما فرآیندهای سفیدسازی و رنگبری این مقدار باقی مانده را هم از بین میبرد. خمیر کاغذ شیمیایی در مقایسه با خمیر کاغذ مکانیکی به مراتب، بازده الیاف کمتری دارد. خمیر کاغذ سفید نشده بازده الیافی بین 50 تا 55% و خمیر رنگبری شده 35-40% بازده دارد.

در فرآیند سولفیت، خرده چوب ها با اسید سولفوریک و یکی از نمک هایش مانند کلسیم، سدیم، منیزیم یا آمونیوم، پخته می شوند . روش تهیه اسید سولفوریک: ابتدا به وسیله سوزاندن سولفور، آن را به گاز دی اکسید سولوفور تبدیل می کنند و سپس آن را با آب واکنش می دهند تا اسید سولفوریک به دست آید. ترکیبی از اسید سولفوریک  و کلسیم بی سولفات، لیگنین را طی فرآیند پخت حل می کند. فرآیند سولفیت برای گونه هایی که مقدار زیادی روزین دارند، مانند کالج های جنوبی آمریکا مناسب نمی باشد، زیرا مایع پخت اسیدی نمی توانند آنن را حل و از خمیر حاصله جدا کند.

خمیر سولفیت سفید نشده، مقاومت متوسطی داشته، نرم و انعطاف پذیر می باشد، این خمیر میزان لیگنین کمی دارد و یکی از امتیازات آن این است که به راحتی رنگ بری و سفید می شود. به عنوان مکمل به الیاف مکانیکی اضافه می شود (به عنوان مثال در ساخت کاغذ روزنامه). خمیر سولفیت رنگبری شده، مدت زیادی است که برای ساخت کاغذهای چاپ و تحریر سفید استفاده می شود. این فرآیند مهم ترین فرآیند تولید خمیر کاغذ به روش شیمیایی تا اواسط 1900 بود. در سال های اخیر، قوانین کاهش آلودگی کارخانه ها بسیار دقیق و سخت گیرانه شده و نیاز برای بازیافت مواد آلوده کننده در این فرآیند وجود دارد.

زمانی که بازیافت مایع سولفیت (بر پایه کلسیم) و همچنین کاهش بار آلودگی پساب کارخانه پر هزینه و غیر عملی شد، خمیرسازی با استفاده از سایر مواد شیمیایی رشد کرد. قلیا مدت زیادی است که برای حذف لیگنین  از گیاهان مورد استفاده قرار می گیرد. خمیر کاغذ سودا که اولین بار در سال 1851 تولید شد، از مایعی قلیایی برای پخت خرده چئب استفاده کرد. در سال 1879، یک نمک سولفور به نام سولفات سدیم (Na2so2) به سیستم خمیر سازی سودا معرفی شد. به طور شگفت آوری، خمیر کاغذ بسیار قوی ئی در طی این بهبود فرآیند، تولید شد که به طور اشتباه، خمیر کاغذ سولفات نامیده می شود، مدتی بعد کشف شد ماده شیمیایی فعالی مسئول مقاومت بالا بوده، سولفات سدیم نبوده بلکه سولفید سدیم بوده است. (Na2S)این فرآیند کماکان سولفات نامیده می شود و همچنین تحت عنوان کرافت معرفی شده که در زبان آلمانی و سوئدی به معنای قوی و مستحکم است. به این ترتیب کارخانجات سودا، به سولفات یا کرافت تبدیل شدند و این فرآیند خیلی زود بعد از ساخت کاغذ مزیت های خود را نشان داد:

• تطابق بیشتر خمیر کاغذ بامنابع اولیه مختلف (تقریبا امکان استفاده از هر گونه چوبی شناخته شده در این روش وجود دارد)
• توانایی بازیافت مواد شیمیایی و انرژی گرمایی که هزینه فرآیند بسیار پاینی دارد.
• انگیزه آخر برای رشد سریع خمیر کاغذ کرافت، کشف رنگبری چند مرحله ای برای تولید خمیر کاغذهای با روشنی بالا.
• خمیر کاغذ کرافت خمیر کاغذ محکم مورد نیاز برای فرآیندهای چاپی با سرعت بالا و فرآیندهای تبدیل و بسته بندی محسوب می شود.

امروزه روش غالب در تولید خمیر کاغذ شمیایی، روش کرافت می باشد.

از سال 1950، سیستم های پیوسته تولید خمیر جایگزین روش ناپیوسته قدیمی پخته خرده چوب شد که یک پیشرفت عظیم در تکنولوژی خمیرسازی محسوب می شود. در مقایسه با روش ناپیوسته، این روش امکان استفاده از یک سیستم کنترل دقیق متغیرهای پخت به وسیله به کارگیریر کامپیوترها و عملیات کنترل پیوسته ایجاد می کند که نتیجه آن، کیفیت بهتر، خمیر یکنواخت تر با نتایج اقتصادی بهتر می باشد. به غیر از چوب، خمیر کاغد می تواند از گیاهان بسیار متفاوت دیگری هم ساخته شود.

استفاده از بقایای گیاهی و پس ماندهای زراعی به عنوان منبع فیبری جهت تولید خمیر بستگی زیادی به شکل الیاف آن ها دارد. انتخاب یک گیاه به عنوان ماده اولیه فیبری همچنین با توجه به میزان قابل دسترس و قابل تأمین بودن آن، هزینه برداشت، حمل و نقل و فرآیند تبدیل به خمیر تعیین می شود. گیاهان غیر چوبی به طور کلی به وسیله روش های قلیایی اصلاح شده تبدیل به خمیر می شوندو گیاهان غیر چوبی از نظر ساختار، پیچیدگی کمتری نسبت به چوب درختان دارند. گیاهان غیر چوبی در طی خمیر سازی به راحتی سلولز تولید می کنند اما بازده سلولز آنها کمتر از چوب است. استثنای موجود در این زمینه، پنبه است که تقریبا همه آنها سلولز خالص با درجه کریستالی بالاست.

پنبه در فرم های مختلفی همچون پارچه کهنه، پنبه خالص، لینتر پنبه و ضایعات پارچه پنبه ای برای فرآیند تولید کاغذهای تحریر با کیفیت بالا استفاده می شود. مواد پنبه ای به دلیل داشتن سلولز خالص با درجه کریستالی بالا به زمان پخت طولانی تری همراه با استفاده از مواد شیمیایی نظیر خاکستر سودا، آهک یا سودا، همراه با پاک کننده ها نیاز دارند. سپس الیاف پخته شده به صورت گسترده ای شست و شو شده و معمولا به طور همزمان در یک شست و شو دهنده ضربه ای تمیزسازی می شوند. این تیما کاملا موارد شیمیایی باقی مانده، کثیفی ها و مواد رنگی را حذف می کند و الیاف بلند را برای پالایش در مراحل بعدی آماده می کند.

کاغذ بازیافتی هم یک منبع مهم الیاف برای کاغذسازی محسوب می شود. گرچه اخیرا این کار مورد توجه قرار گرفته ولی شواهد نشان می دهد که بازیافت کاغذ قبل از سال 1367 در چین انجام می گرفته است. حدود 26% کل کاغذ و مقوای تولید شده در آمریکا از بازیافت می باشد و سهم جهانی آن هم 30% است.

میزان تولید خمیر بازیافتی از کاغذهای ضایعاتی بستگی به هزینه های جمع آوری کاغذهای بازیافتی دارد، همچین اقتصادی بودن این خمیر در مقابل هزینه کشت و پرورش درختان و خمیرسازی قرار دارد. جمع آوری کاغذ ضایعاتی برای بازیافت، نسبتا هزینه بر است. از طرف دیگر زراعت چوب خمیرسازی، یک محصول کشاورزی مهم در برخی نقاط دنیا می باشد. امروزه پیشرفت های کشاورزی و جنگل کاری مدیریت شده ای ابداع شده اند تا علاوه بر هزینه تولید کم، همزمان افزایش بازده تولید چوب را در طی زراعت چوب یا جنگل کاری موجب شوند.