دو مرحله اساسی و بنیادی در فرآیندهای تولید کاغذ وجود دارد. اول، مواد اولیه فیبری یا سلولزی از چوب های مناسب برای خمیرسازی، یا از الیاف غیر چوبی و تبدیل به خمیر شوند. دوم، خمیر یا مواد فیبری در هم آمیخته شه و به صورت شبکه ای به یکدیگر متصل شوند و به ساختاری که به عنوان کاغذ شناخته می شود، تبدیل شوند.

مهمترین مساله کلیدی در فرآیند تولید خمیر کاغذ، ویژگی های سلولز و ساختار آن می باشد. سلولز یک پلیمر پلی ساکاریدی پیچیده است که از عناصر شیمیایی مانند کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است. زنجیره سلولز از تعداد زیادی واحدهای تکراری نسبتا ساده که فرمول تجربی (C6H10O5) دارند، تشکیل شده است. بررسی ساختار شیمیایی سلولز در گیاهان، موضوع رایجی در تحقیقات پایه می باشد.

از ویژگی های مطلوب سلولز جهت کاغذسازی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• به مقدار فراوان در طبیعت قابل یافت است؛
• قابل تجدید شدن است؛
• به آسانی قابل برداشت است؛
• به خاطر فرم گیری خاص اش، مقاومت کششی بسیار بالایی دارد؛
• بسیار آب دوست است.

آب دوستی آن انجام فرآیندهای تولید خمیر و کاغذ را که به صورت مخلوط با آب انجام می شود، ساده تر می کند. همچنین دو ویژگی آخر جهت اتصال الیاف به یکدیگر و تسکیل شبکه ای که ما به عنوان ورقه کاغذ می شناسیم مورد نیاز می باشد. در حالی که الیاف سلولز، می توانند در حضور آب تغییرات مکانیکی و شیمیایی بدهند، در مقابل تخریب توسط بسیاری مواد شیمیایی مقاوم هستند.

بخاطر این ویژگی منحصر به فرد، این امکان وجود دارد که بتوانیم الیاف سلولزی را از گیاهان جدا ساخته و برای کاغذ سازی پالایش کنیم. سلولزی که در ساختار جوبی درختان یافت می شود، حدود 50% وزن درخت را تشکیل می دهد. در برخی گیاهان غیر جوبی این مقدار بالاتر است، از جمله پنبه که حاوی 98% الیاف سلولزی می باشند.

چوب غیر از سلولز از دو ترکیب پلیمری پیجیده دیگر، یعنی همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است. این چوب از چند لایه الیاف سلولزی که به وسیله لیگنین به یکدیگر متصل گردیده اند، ساخته شده است. همی سلولز، همچون سلولز یک پلیمر پلی ساکاریدی بسیار آب دوست است. با این تفاوت که ساختار زنجیری ندارد، بلکه پلیمری بسیار شاخه دار سلولز بین زنجیره های سلولزی قرار گرفته و به علت خاصیت آب دوستی زیاد در فرآیندهای خمیرسازی می تواند ماده مفیدی باشد. البته به دلیل ساختار ضعیفی که دارد، معمولا در مراحل اولیه ساخت خمیر، پالایش و پخت آن حل و حذف می شود. همی سلولز حدود 20 تا 30 درصد وزن خشک چوب را تشکیل می دهد. لیگنین هم یک پلیمر فنولی پیچیده است که از واحدهای فتیل پروپان و برخی گروه های دیگر تشکیل شده و ساختاری آمورف یا بی شکل دارد و حدود 20 تا 30 درصد وزن خشک چوب را تشکیل می دهد. لیگنین  در حقیت همچون سیمان محکمی است که فیبرها را محکم به یکدیگر متصل نگه می دارد و نقشی ساختمانی در چوب دارد.

لیگنین رنگی تیره دارد و وجود آن در خمیر نهایی، کاغذ را به رنگ قهوه ای در می آورد. این ماده غیر آب دوست است و تقریبا کلیه خصوصیات لیگنین  در کاربردهای کاغذسازی نقش منفی دارند، بنابراین باید تا حد ممکن حذف یا حداقل بیرنگ شود. کاغذ با کیفیت بالا از الیافی ساهته می شود که تقریبا عاری از لیگنین  است. اگر در کاغذ باقی بماند در اثر قرار گرفتن در معرض نور و تابش اشع UV خورشید، خصوصا در کاغذهای مکانیکی باعث زرد شدن کاغذ می شود. لیگنین  را حین پخت خمیر کاغذ با مواد شیمییی جدا می کنند تا نهایتا سلولز و همی سلولز، به صورت الیاف خمیری کاغذ حاصل گردد. همچنین با استفاده از فرآیندهای رنگبری می توان لیگنین  را به طور کامل حذف و خمیری کاملا سفید و روشن به دست آورد.

الیاف کاغذسازی یا خمیر ساخته شده از چوب، با سه روش پایه به دست می آید: خمیرسازی مکانیکی، خمیرسازی شیمیایی که الیاف سلولزی را از لیگنین چسبیده به آن آزاد می کند و به خمیرسازی شبه شیمیایی یا نیمه شیمیایی (ترکیبی از تیمار شیمیایی و مکانیکی). هر کدام از این فرآیندها خمیری با ویژگی های متفوت تولید می کند. با استفاده از یکی یا ترمیبی از این فرآیندها، تعداد زیادی کاغذ و مقوا تولید می شود. اصلاح و بهبود این فرآیندها برای ساخت خمیرهایی با ویژگی های خاص برای برخی مصارف ویژه انجام می شود.