工具機(jī)的技術(shù)革命，要求為它們提供強(qiáng)大而方便的動(dòng)力，必然要引起動(dòng)力上的革命。

生產(chǎn)上的各個(gè)部門(mén)和各個(gè)環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系的，一個(gè)部門(mén)的技術(shù)進(jìn)步必然推動(dòng)其他部門(mén)的技術(shù)改造。在蒸汽機(jī)發(fā)明以前，機(jī)器大多靠水力推動(dòng)，工廠必須沿河建在有流水落差的地方，而且水力還受到氣候和季節(jié)的限制。

另一方面，英國(guó)煤礦排水主要是用馬拉轆轤推動(dòng)水泵來(lái)抽排礦井深處的水，采煤業(yè)的發(fā)展也急需新的動(dòng)力機(jī)械。政府已多次懸賞解決排水問(wèn)題。

蒸汽機(jī)是利用水蒸氣作為工作介質(zhì)的熱機(jī)。當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)的工作原理，都是利用蒸汽冷凝形成局部真空，而后靠大氣壓力做功，實(shí)際上是大氣壓力機(jī)。所以，蒸汽機(jī)從科學(xué)理論上是起源于對(duì)真空和大氣壓力的認(rèn)識(shí)。

1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利（1608年—1647年）通過(guò)著名的水銀柱實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并測(cè)定了大氣壓力。1647年，法國(guó)科學(xué)家帕斯卡（1623年—1662年） 出版了《關(guān)于真空的新實(shí)驗(yàn)》，澄清了自亞里士多德以來(lái)認(rèn)為“自然界厭惡真空”的錯(cuò)誤概念。1654年，德國(guó)物理學(xué)家格里凱（1602年—1686年）在馬德堡進(jìn)行了關(guān)于大氣壓力的著名的半球?qū)嶒?yàn)：他在德皇迪南二世和眾多觀眾面前，將兩個(gè)直徑約36厘米的銅制半球涂上油脂對(duì)接上，用他發(fā)明的真空抽氣機(jī)抽出空氣，然后用16匹馬才將兩個(gè)半球拉開(kāi)，顯示出大氣壓力的威力。1662年，波義耳發(fā)現(xiàn)了氣體的體積與它的壓力成反比的定律；并且研究過(guò)水的沸點(diǎn)與壓力的關(guān)系，證明當(dāng)壓力大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，水溫即使超過(guò)沸點(diǎn)也不會(huì)沸騰。1690年，法國(guó)物理學(xué)家巴本（1647年—1712年）用一重力閥造成了鍋內(nèi)高壓，由此發(fā)明了高壓鍋。后來(lái)，他又想用高壓鍋內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)活塞，回程則靠蒸汽冷凝后由大氣壓力來(lái)完成。這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)的基本工作原理。

1705年，英國(guó)鐵匠紐可門(mén)（1663年—1729年）發(fā)明制造了能應(yīng)用于礦井排水的蒸汽機(jī)——大氣壓力活塞式蒸汽機(jī)?；驹硎牵阂粋€(gè)蒸汽缸，安裝在一個(gè)鍋爐上，用一根短管和一個(gè)控制閥與之相連，汽缸備有一個(gè)活塞，活塞用鏈條懸掛于一根杠桿（擺動(dòng)梁），后者的另一端向礦井懸下連接泵桿。只有當(dāng)壓力略微超過(guò)大氣壓時(shí)，蒸汽才可進(jìn)入汽缸，推動(dòng)活塞上行。由于承受泵桿重載的杠桿壓倒活塞，最終將使其停住。每次沖程結(jié)束，蒸汽隔絕。當(dāng)活塞上表面的大氣迫使活塞返入汽缸時(shí)，冷水注入汽缸冷凝蒸汽。這樣，杠桿的運(yùn)動(dòng)逆轉(zhuǎn)，工作沖程也就完成了。紐可門(mén)在汽缸里裝了一個(gè)冷水噴射器。

紐可門(mén)蒸汽機(jī)同50匹馬所做的工作一樣多，可是花費(fèi)只有1 /6。因此，它很快被普遍采用，一直使用到瓦特單獨(dú)冷凝器蒸汽機(jī)的出現(xiàn)。紐可門(mén)蒸汽機(jī)也存在著不少缺點(diǎn)：效率低；每一分鐘最多只能作20個(gè)沖程；燃料耗費(fèi)大，用費(fèi)很高。每馬力每小時(shí)耗煤25千克。它只能做直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用范圍受到限制。當(dāng)時(shí)往往采用蒸汽機(jī)抽水到蓄水池，而后再用水力來(lái)推動(dòng)輪子，即是火力泵和水力泵聯(lián)用的動(dòng)力機(jī)。

瓦特（1736年—1819年）是一個(gè)經(jīng)常與格拉斯哥大學(xué)有來(lái)往的機(jī)械商，他努力自學(xué)了研究蒸汽機(jī)所必需的力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等知識(shí)，并且與格拉斯哥大學(xué)解剖學(xué)和化學(xué)教授、熱學(xué)理論的創(chuàng)始者約瑟夫·布萊克（1728年—1799年）以及《國(guó)富論》的作者亞當(dāng)·斯密（1723年—1790年）等人的交往甚密。1763年—1764年他受學(xué)校委托負(fù)責(zé)修理大學(xué)所有的紐可門(mén)式蒸汽機(jī)，他發(fā)現(xiàn)這種蒸汽機(jī)的效率很低（大約為1%）　。瓦特根據(jù)比熱、潛熱的概念分析了上述現(xiàn)象，認(rèn)為紐可門(mén)蒸汽機(jī)的主要缺點(diǎn)是在汽缸內(nèi)反復(fù)進(jìn)行冷凝，把大量熱能浪費(fèi)于重新加熱汽缸——蒸汽進(jìn)入汽缸時(shí)，溫度上升到100℃以上，然后為了得到局部真空，又噴水迅速使其冷卻到20℃左右，這一冷一熱，使很大一部分蒸汽沒(méi)有用在做功上。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，瓦特在1765年研制成功了同汽缸分離的單獨(dú)的冷凝器，并且采取了精密加工、油潤(rùn)滑和設(shè)置絕熱層等措施，改進(jìn)了紐可門(mén)蒸汽機(jī)，使熱效率提高到3%以上。瓦特是在一個(gè)星期日外出散心的時(shí)候突然想到他的解決辦法的。他的想法是，如果把做功后的蒸汽壓至汽缸外面的另一個(gè)容器中去冷卻，那么，汽缸在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中就可以始終保持是熱的。由此，避免了把汽缸交替著一會(huì)兒加熱一會(huì)兒冷卻的不足，對(duì)燃煤的節(jié)約自然十分可觀。

1781年，瓦特發(fā)明了變直線運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的“太陽(yáng)—行星”齒輪機(jī)構(gòu)和飛輪裝置，改變了蒸汽機(jī)只能直線做功的狀態(tài)。1782年，瓦特進(jìn)一步設(shè)計(jì)出了雙向汽缸，使熱效率又增加了一倍。瓦特后來(lái)又發(fā)明了離心調(diào)節(jié)器，它使輸入汽不致太多或太少。具有連桿、飛輪和離心調(diào)速器的雙向蒸汽機(jī)，使蒸汽機(jī)可以把直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)檫B續(xù)而均勻的圓周運(yùn)動(dòng)，因而可以經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)一切機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，給整個(gè)工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)提供了一種可靠的通用動(dòng)力機(jī)。這一劃時(shí)代的成就使他在1794年獲得了發(fā)明專利（專利第913號(hào)）。作為資本主義大工業(yè)動(dòng)力機(jī)械的蒸汽機(jī)就由此誕生了。它的身影迅速出現(xiàn)在工廠、礦山、火車(chē)、輪船上，蒸汽機(jī)帶動(dòng)著紡織機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)、磨粉機(jī)，造成了紡織、印染、冶金、采礦和其他工業(yè)部門(mén)的迅速發(fā)展，創(chuàng)造出人們以前無(wú)法想象的技術(shù)奇跡，真正意義上的社會(huì)化大生產(chǎn)出現(xiàn)了，從根本上革新了資本主義生產(chǎn)的方式。