Zasada działania Chemex składa się ze szklanej kolby w kształcie klepsydry z cylindrycznym w przekroju przewężeniem, w którym umieszcza się papierowe filtry z mieloną kawą. Filtry wykonane są z chemicznie przetworzonego papieru, grubszego niż wykorzystywany w standardowych filtrach do ekspresów przelewowych. Gruby filtr usuwa z naparu większość olejków zawartych w kawie, dzięki czemu powstały napój różni się smakiem od kawy przygotowywanej za pomocą innych metod. Dzięki tej metodzie możliwe jest także usunięcie z kawy , występującego w kawowych olejkach związku chemicznego wpływającego na zwiększanie się poziomu cholesterolu u jej konsumentów.
Przygotowanie naparu By przygotować kawę, użytkownik podgrzewa wodę w osobnym naczyniu do temperatury ok. 93 °C. W tym samym czasie w przewężeniu szyjki szklanej kolby umieszcza papierowy filtr zwilżony wrzątkiem, a w nim grubo zmielone ziarna kawy. Następnie polewa ziarna niewielką ilością gorącej wody i czeka około 45 sekund, by ta przeniknęła przez zmieloną kawę, po czym powtarza czynność. Dla standardowego ekspresu o pojemności sześciu filiżanek (ok. 750 ml) proces trwa ok. 4 minut i wymaga ok. 50 gramów zmielonych kawowych ziaren.