Kaikki kädenlämmittimet eivät lämpene altistuessaan ilmalle, mutta ne, jotka saavat lämmönsä hapettumisprosessista, joka tunnetaan paremmin ruosteena. Pakatut lämmittimet sisältävät rautahiukkasia, suolavettä, hiiltä ja muita kemikaaleja, jotka toimivat eristeinä. Kun suojapakkausta ei ole suljettu, ulkoilma tunkeutuu sisälle olevien kemikaalien sisään ja happi reagoi kemiallisesti raudan kanssa aiheuttaen raudan ruosteen tai hapettumisen. Tätä hapettumisprosessia avustaa suolaliuos, joka toimii katalyytin muodossa.
Yksi tämän hapettumisprosessin tuloksista on lämmön tuottaminen tai kemian kannalta eksoterminen reaktio. Hiilipartikkelit auttavat levittämään tämän lämmön koko pakkaukseen. Muut kemikaalit auttavat pitämään eksotermisen reaktion riittävän hitaana tarjoamaan pitkäkestoista lämpöä, ei vain nopeaa syttymistä. Kun kaikki rauta on muutettu rautaoksidiksi tai ruosteeksi, eksoterminen reaktio on ohi eikä käsilämmitin voi enää tuottaa lämpöä.
Periaate, joka antaa näille tuotteille mahdollisuuden lämmittää käsiä, on sama periaate, joka käyttää itseliimautuvia lämmitystyynyjä. Kun suojaliuska on poistettu tyynystä, ulkoilman happi reagoi tyynyssä olevan rautalangan ohuen kerroksen kanssa ja tuloksena on eksoterminen reaktio, joka voi kestää tunteja.
On muuntyyppisiä käsilämmittimiä, jotka käyttävät täysin erilaista kemiallista prosessia samanlaisten tulosten luomiseksi. Nämä laitteet sisältävät ylikyllästettyä liuosta, joka sisältää joko natriumasetaattia tai kalsiumnitraattia. Ylikyllästyminen tarkoittaa, että liuos on ylikuumentunut, jotta se voi liuottaa enemmän valittua kemikaalia. Kun liuos jäähtyy, siihen on lisättävä vain pieni täplä materiaalia, jotta koko rakenne kiteytyy ja kiinteytyy.
Jotkut käsilämmittimet käyttävät tätä ylikyllästymisperiaatetta lämmön tuottamiseen. Ylikyllästetty liuos natriumasetaattia tai kalsiumnitraattia suljetaan pussiin, jossa on karhennettu ruostumaton teräs. Kun pussia käsitellään edestakaisin, pienen metallinpalan pitäisi irrota nauhasta. Tämä pieni tahra riittää, jotta suolakiteet putoavat liuoksesta ja muuttuvat kiinteiksi. Muutamassa sekunnissa liuos kiteytyy kiinteäksi aineeksi. Samalla tapahtuu eksoterminen reaktio ja käyttökelpoista lämpöä syntyy vähintään 30 minuutin ajan. Toisin kuin hapettavat lämmittimet, tätä tyyppiä voidaan kuitenkin käyttää uudelleen lämmittämällä suolaliuosta, kunnes se muuttuu jälleen ylikylläiseksi ja epävakaaksi.