在蒸汽机技术还处于萌芽阶段，爱德华·萨默塞特，托马斯·萨维利，以及法国哲学家约翰·德萨格利尔是研究蒸汽技术的先驱。他们的研究启发了纽科门和詹姆斯·瓦特等发明了实用的蒸汽动力机器。
托马斯·纽科门(1663年2月28日- 1729年8月5日)是英国达特茅斯的一位铁匠，他组装了第一台现代蒸汽机的原型。1712年他发明的大气式蒸汽机被称作纽科门蒸汽机。
纽科门蒸汽机有一个汽缸和活塞。当蒸汽进入气缸时，活塞向上运动，活塞到达气缸顶部时。一个装置加冷水对气缸降温，充满蒸汽的汽缸冷却后，蒸汽凝结，在气缸内制造出真空，将活塞拉回底部。由此循环运动，通过一个杠杆拉动另外一侧的抽水机。由于活塞每推动一次，气缸里的蒸汽都要先冷凝，拉回活塞后再加热，进行下一次推动，从而使得蒸汽80%的热量都耗费在维持气缸的温度上面，纽科门发明的蒸汽机效率很低。纽科门蒸汽机发明以后五十年里并没有太多进步，它一直在矿井中抽水，但即使在正常工作状态下，它也太弱了，无法应付不断增加的水量。随着矿井挖得更深，它们应付不了矿坑里越来越多的地下水，矿坑对当时的矿工来说简直是死亡陷阱。
纽科门蒸汽机动图
瓦特于1736年1月19日出生于苏格兰的格林诺克，他几乎没有受过正规教育。21岁时在格拉斯哥大学找到一份维修科学仪器的工作，一天，苏格兰科学家约翰·安德森让瓦特修理纽科门大学的水泵，瓦特想出了一个改良纽科门蒸汽机的办法。新蒸汽机提高了效率，同样的动力只需要以前三分之一的蒸汽。为了让新蒸汽机商用化，瓦特花费了很多精力和时间继续改良。他设计了一个可以两侧进气的气缸，通过与飞轮联动的阀门控制进气方向。1776年，第一批新型蒸汽机开始应用于实际生产，主要应用于矿井的抽水，由于可靠和高效，为瓦特和合伙人赢得了大量的订单，新型蒸汽机在矿场得到大量应用。
1765年，织工哈格里夫斯发明了“珍妮纺织机”，从此纺织业开始大规模地发展。当时人们的主要动力来源是水力。很快采煤、冶金等许多工业部门，都有了机器生产。随着各种机器越来越多，原有的水力、风力和畜力已经无法满足需求，工业界已经急需一种可靠的发动机来解决动力问题。瓦特的合伙人博尔顿希望蒸汽机能进入这些工厂赚取新的利润，但是蒸汽推动活塞在汽缸是往复运动，为了将活塞的往复运动转变为飞轮的旋转运动，瓦特发明了一种太阳行星齿轮（sun and planet gear）解决专利问题。这个巧妙的装置在泵杆的末端有一个齿轮，泵杆绕着传动轴上的旋转齿轮旋转。新蒸汽机得到了广泛的应用，为绝大多数机器提供动力。博尔顿和瓦特的钢铁厂以蒸汽机为动力，成为世界上第一家机器制造厂。到1800年，英国棉纺厂、羊毛厂和面粉厂，都使用了瓦特公司的蒸汽机。此时，瓦特公司基本上垄断了蒸汽机行业。
瓦特在1788年建造的蒸汽机
蒸汽机原理示意，上图才是瓦特的蒸汽机
在蒸汽机建造过程中，为了解决高压蒸汽的安全问题，瓦特还发明了蒸汽压力表，
此图只是示意图，不是瓦特当年发明的压力表
为了防止气压过高时，蒸汽机转速过高，瓦特还发明了离心式调速器。这是一个非常精巧的装置，通过旋转重锤的开度来控制蒸汽的大小（见上图），转速过快重球因离心力上升，通过一个拉杆连接蒸汽阀门，减少蒸汽进入，使蒸汽机减速；而转速过慢时重球因自身重力下降，蒸汽阀门开度变大，蒸汽机加速，由此将蒸汽机的速度控制在一定范围内。这是世界上最早的自控装置。
离心式调速器原理图
博尔顿和瓦特的钢铁厂以蒸汽机为动力，成为世界上第一家机器制造厂。到1800年，英国的棉纺厂、羊毛和面粉厂，都使用了博尔顿和瓦特发动机。此时，博尔顿和瓦特基本上垄断了蒸汽机行业。新蒸汽机被迅速广泛推广，所有工厂都需要一台瓦特蒸汽机，通过皮带为所有设备提供动力。1788年，威廉·西明顿(William Symington)建造并乘坐利用瓦特蒸汽机为动力的双体船穿越了达尔斯温顿湖(Dalswinton Loch)。1804年，理查德·特雷维希克(Richard Trevithick)利用瓦特蒸汽机建造了世界上第一台矿山蒸汽机车。1817年，史蒂芬孙进一步完善了蒸汽机车，并将铁路和火车商业化。从此，蒸汽轮船和蒸汽机车连接了全世界，把旅行时间缩短了几分之一。以蒸汽为动力的工厂成倍地增加了产量。詹姆斯·瓦特的贡献很可能远远超出了他的想象。
在瓦特去世63年后，英国协会以瓦特的名字命名了功率单位——瓦特。
