巴本生于巴黎南部的布鲁斯，早年学习医学，曾作为惠更斯的助手进行大气压力和真空作用实验，他们还共同为路易十四的花园成功地设计了一种新型水泵。
1674年，巴本应玻义耳之邀来到英国，并担任玻义耳的助手，即致力于蒸气泵的实验设计。
巴本从炼铁场广泛用的那种活塞式风箱中得到启发，发明了一个带活塞的汽缸，汽缸里的活塞就像风箱里的活塞。
在实验的时候，将汽缸注入一定的水，放到火上加热，当水沸腾后，蒸气即推动活塞慢慢上升。然后，撤去火源，汽缸内的蒸气即慢慢冷凝，汽缸内便产生真空，在大气压力的推动下，活塞慢慢下降。
巴本从这个实验中认识到，由于蒸气压力、大气压力和真空压力的相互作用，完全能推动活塞及其活塞杆，作往返的直线运动，这种运动产生的机械动力可以带动其他机械的运动。
为了保证汽缸的安全，1680年，巴本又发明了安全阀。
巴本第一次将汽缸、活塞机构、蒸气冷凝形成真空原理，运用于蒸气机，实现用蒸气作为动力的理想，为以后活塞式蒸气机的发展开辟了道路。
在I7世纪末18世纪初，随着矿产品需求量的增大，矿井越挖越深，许多矿井都遇到了严重的积水问题。为了解决矿井的排水问题，当时一般靠马力转动辘轳来排除积水，但一个煤矿需要养几百匹马，这就使排水费用很高而使煤矿开采失去意义。
发明家们对排水问题思考着解决的办法。英国的塞维里最早发明了蒸气泵排水。
塞维里是一位对力学和数学很感兴趣的军事机械工程师，又当过船长，具有丰富的机械技术知识。1698年，他发明了把动力装置和排水装置结合在一起的蒸气泵。塞维里称之为“蒸气机”。
塞维里蒸气泵的工作原理，是利用密闭容器内蒸气凝结形成的真空，用大气压力把低水位的水，通过吸入管压入容器，然后再用蒸气将容器中的水压向高处排出。
这是一种没有活塞的蒸气机，虽然燃料消耗很大，也不太经济，但它是人类历史上第一台实际应用的蒸气机。这样，蒸气动力技术基本完成了从实验科学到应用技术的转变。
1705年，英国的纽可门设计制成了一种更为实用的蒸气机。
纽可门生于英国达特马斯的一个工匠家庭，年轻时在一家工厂当铁工。从1680年起，他和工匠考利合伙做采矿工具的生意，由于经常出入矿山，非常熟悉矿井的排水难题，同时发现塞维里蒸气泵在技术上还很不完善，便决心对蒸气机进行革新。
为了研制更好的蒸气机，纽可门曾向塞维里本人请教，并专程前往伦敦，拜访著名物理学家胡克，获得了一些必要的科学实验和科学理论知识。
纽可门认为，塞维里蒸气泵有两大缺点，一是热效率低，原因是由于蒸气冷凝是通过向汽缸内注入冷水实现的，从而消耗了大量的热；二是不能称为动力机，基本上还是一个水泵，原因在于汽缸里没有活塞，无法将火力转变为机械力，从而不可能成为带动其他工作机的动力机。
对此，纽可门进行了改进。
针对热效率问题，纽可门没有把水直接在汽缸中加热汽化，而是把汽缸和锅炉分开，使蒸气在锅炉中生成后，由管道送入汽缸。这样，一方面由于锅炉的容积大于汽缸容积，可以输送更多的蒸气，提高功率；另一方面由于锅炉和汽缸分开，发动机部分的制造就比较容易。
针对火力的转换，纽可门吸收了巴本蒸气泵的优点，引入了活塞装置，使蒸气压力、大气压力和真空在相互作用下推动活塞作往复式的机械运动。
这种机械运动传递出去，蒸气泵就能成为蒸气机。
纽可门通过不断地探索，综合了前人的技术成就，吸收了塞维里蒸气泵快速冷凝的优点，吸收了巴本蒸气泵中活塞装置的长处，设计制成了气压式蒸气机。
纽可门蒸气机，实现了用蒸气推动活塞做一上一下的直线运动，每分钟往返16次，每往返一次可将45.5升水提高到46.6米。该机即被用于矿井的排水。
但是在实际操作过程中，感到很不方便的是，向汽缸内喷冷汽和蒸气阀门的开关必须由人手操作。后来，由贝顿对龙头和阀门的结构提出改进意见，把龙头手柄与阀门开关用绳索连接起来，基本上实现了对龙头和阀门的自动控制。
从1712年起，英国大部分煤矿和金属矿都安装了纽可门蒸气机，特别是深矿井。蒸气机的使用给英国的煤矿主带来了丰厚的利润，使深层煤矿得到进一步开采。英国北部有些煤矿较深而被积水淹没，濒临绝境，采用纽可门蒸气机后，改变了这种局面，矿井很快恢复了生产。
但是，纽可门的蒸气机也有很大缺陷，就是蒸气损耗严重，热效率依旧不高。因此耗费的煤炭量很大，除了用在燃料价格便宜的煤矿收益较大外，很难成为各种工业通用的动力机。
即使在煤矿使用，开动这种蒸气机每天要用50匹马来运送所需的煤炭，这些马匹食用的饲料开销也很大，结果从矿山上赚来的钱也被马吃掉了不少的一部分。
为了解决十分紧迫的工业动力问题，发明家和生产者都在不断地探索。
机修工瓦特是其中成就卓著的伟大发明家。
1736年詹姆士·瓦特生于英国造船业中心格拉斯哥附近的格林诺克，父亲是一个熟练的造船装配工人，祖父和叔父是机械工人。由于家庭环境的影响，少年的瓦特就熟悉了一些机械方面的知识。由于家庭贫穷，瓦特身体也不好，在受完初等教育后就辍学了。1754年，瓦特的父亲因经商失败而破产，瓦特就走上社会，先在格拉斯哥当机械工学徒，不久到伦敦当学徒。由于他勤奋学习，又有一定的基础，在努力实践的基础上，还没出师就能制造难度较大的航海仪器、经纬仪等仪器。
但是，艰苦的学徒生活，繁重的体力劳动，使瓦特劳累过度，在1756年8月病倒了，不得不回家休养。为了生计，瓦特病还没有好就去格拉斯哥，想经营仪器制造和修理，由于当地行会限制未果。
1757年，瓦特经人介绍，到格拉斯哥大学修理教学仪器。瓦特由此结识了该校的一些教师和学生，如布莱克教授和大学生鲁宾逊，并成为亲密的朋友。瓦特修理仪器时，正好实验室里有一架巴本的蒸气泵，他就用这架蒸气泵进行一些蒸气动力实验，和该校的一位物理学教授一起进行蒸气技术的实验研究，并探讨如何改进蒸气机的问题。
1763年，格拉斯哥有一台纽可门蒸气机坏了，大学请伦敦一位仪表工来修理，但没有修好。第二年，瓦特接受了这一工作。
瓦特在修理纽可门蒸气机时，对这种当时最先进的蒸气机进行了深入的研究。这台蒸气机的主要缺点是耗煤量太大，热效率低，那么燃煤的热量跑到哪里去了呢？
通过对这台纽可门蒸气机的机械结构和工作原理的解剖分析，他发现，当蒸气进入汽缸后，温度即上升到100℃，为了得到真空，又要立即向汽缸喷人冷水而冷凝，汽缸内的温度下降到20℃左右。就这样一升一降，活塞才能完成一个冲程的往返动作。
热量消耗太多的原因就在这每一冲程中，既要向汽缸喷人冷水使之变凉，又要向汽缸内输送蒸气使之变热，这样，大部分热量就用来加热汽缸了。
瓦特请人经过精确的计算，结果是75%的蒸气用来加热汽缸，只有25%的蒸气用来做功。
同时，蒸气经冷凝后温度仍然较高，真空度不好，也影响了蒸气机的效能。
抓住了问题的症结，就要寻求解决的办法。瓦特认为：“为了更有效地利用蒸气，以下两点都是必须的：第一，汽缸要始终保持蒸气进入时的温度；第二，当冷水喷入汽缸，蒸气被冷凝时，汽缸内温度又被冷却到100℃以下。
为了使以上两个相互矛盾的要求都能实现，就不能直接采用纽可门机原来的方法。改进的方案直到1765年才由瓦特设想出来，将汽缸和另一个冷凝蒸气的容器用连接件接通，缸内的蒸气就像有弹性的液体一样，将会直接而迅速地流入空的容器，如果用喷水或其他方法使容器保持低温，那么蒸气就会继续进入容器直到全部凝结成水。
瓦特立即着手实验，并收到预期的效果。他把将蒸气引入另外的冷凝蒸气的容器叫做冷凝器。
此后，瓦特在蒸气机结构中做了改进，即封堵敞开式汽缸的端部，留下通过活塞的缸孔，用蒸气压力代替大气压力推下活塞。这样在接近地面处的大气压力为一个大气压，利用蒸气后，就可提升到任意个大气压，所以输出的力比纽可门蒸气机大得多。
瓦特的这些技术设想和发明，包含在他的1769年专利说明书中。这是瓦特关于蒸气机的第一项专利。
巧妙的设想为瓦特打开了通向成功的大门。但是要把设想变为现实并不是轻而易举的，可能会遇到难以想象的困难。
那时，英国的工业界很少有人能够按照比较复杂的图纸，准确无误地加工各种机器零件。要制造出瓦特设计的蒸气机，需要有昂贵的金属材料。先进的机构加工设备、熟练的机械加工和装配工人，才能制造出高精度的汽缸、活塞和其他零配件。
这些条件瓦特都不具备。他有的只是35镑的年薪，为了试制一名试验用的冷凝器，他已经变卖了所有值钱的东西而一贫如洗了。但瓦特并没有因失败和贫穷而消沉，仍然在孜孜不倦地奋斗着。
当布莱克教授得知瓦特的处境时，将他推荐给工厂主罗巴克，双方签订了合同：罗巴克向瓦特提供研制费用，获得瓦特的专利和2/3生产利润。这一合同开辟了科学研究和工业生产相结合的道路。
通过努力，瓦特在1769年制造出第一台装有分离冷凝器的蒸气机，比纽可门的蒸气机在热效率上提高了2/3，但在性能上还无法作为真正的动力机，没有引起社会的关注。
1772年，英国经济萧条，不少企业倒闭，罗巴克也破产。瓦特又孤立无援，颇感失望，但他看到已经克服了纽可门蒸气机热效率低的缺点，现在所要解决的是把蒸气机怎样变为普遍的动力机。
“成功的路已走了一半，难道前功尽弃吗？”
“绝对不能！”
瓦特的伟大就在于他不断地克服困难，促使理想走向现实。
1774年，罗巴克把瓦特介绍给自己的企业家朋友博尔顿，从而使瓦特的研制工作能够继续进行。
1775年，著名机械工程师威尔金森发明了能精密加工炮筒的镗床。用这一技术对汽缸内壁进行精加工，使之与活塞严密配合以减少漏气，大大提高了蒸气机的功率。
1781年，瓦特研制出了被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，终于把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动。旋转的轮轴可以通过齿轮或链条带动任何工作机，实现了革新纽可门蒸气机的第二次飞跃。年底，瓦特获得了第二个专利。
1782年，瓦特试制出带有双向装置的新汽缸。以前制造的蒸气机都是单汽缸，蒸气从一面推动活塞，还是有些浪费。双向汽缸是蒸气从两面交替地推动活塞，功率比原来提高了1倍。
瓦特还首次把蒸气缸的蒸气由低压蒸气改为高压蒸气。
双向高压蒸气机发明后，纽可门蒸气机完全成为瓦特蒸气机，瓦特获得了第三个专利，从而实现了他在革新纽可门蒸气机中的第三次飞跃。从此，瓦特蒸气机成为一切工作机的动力机。
1784年，瓦特以他对纽可门蒸气机革新的全部成果综合组装的蒸气机，获得第四个专利。在这个专利说明书中，瓦特详尽地说明了这种新式蒸气机的种种性能和优点，并把它说成是一种万能的动力机。
瓦特从1757年到格拉斯哥大学修理教学仪器而接触蒸气机开始，到1784年完成了他各种革新成果的综合组装为止，经历了20多年的漫长历程。在这段时间里，虽然有无数的挫折和失败，但他那种不屈不挠的精神，不达目的誓不罢休的毅力，终于实现了对纽可门蒸气机的彻底革命。
瓦特蒸气机发明后，对工业革命的发展起了巨大的推动作用。蒸气机作为一种不可抗拒的力量，迅速广泛地进入煤矿、铁矿、纺织、冶金、机械等行业，在全世界范围内掀起了一场工业大革命，推动了社会生产力的惊人发展。
从科学技术上看，瓦特蒸气机的发明，表明科学理论对技术发展的促进作用，第一次把热能转变为机械能；同时技术进步也推动了科学的发展。
蒸气机的使用引起人们对热现象的广泛兴趣，推动了热学、热力学和能量转化方面的基础理论的研究。
航运业的革命
瓦特蒸气机的发展，使各行各业出现了一个前所未有的发展时期，原材料、产品和机器的运输以及人员的频繁往来，使交通运输问题越来越突出，海上的帆船和陆上的马车已经远远不能适应运输的需要，船与车的革命迫在眉睫。
船，是渡河、过江、跨海越洋的重要工具。
人类发明的最古老的船是木筏。把水上浮的树木捆起来，抓着它们游泳或坐在上面，这就是船的起源。
后来随着捆在一起的树木的增多，对捆绑的方法加以改进，就成了木筏。
木筏之后是独木舟，就是把原木凿空，人坐在上面，这是最简单的船。
由于独木舟是用一根原木做成，因此它的容量有限。后来出现把两只独木舟并列起来并用横木连接的船。这就是中国古代使用的舫。
船的方向是用桨来控制的，但要是大船就很困难，于是船上有了舵。
此外，很早就发明了利用风力的帆船。
中国是造船史非常悠久的国家。在商朝，中国人就“刳木为舟，剡木为楫”。特别是在15世纪初年，明朝的郑和率领庞大的船队七下“西洋”，先后到达中东、北非、东非等地。
郑和船队中最大的船，长是44.4丈，宽18丈，舵杆长3.3丈，帆12张，载重量800吨。其“体势巍然，巨无与敌，篷帆锚舵，非二、三百人莫能举动”。中国的航海事业居世界前列。
西方的舟船也历史久远，尤其是在中世纪，由于中国用于辨别航海方向的罗盘针的传入，曾进行过新航路开辟中的4次远航，即葡萄牙人迪亚士于1487年远航南非，到达非洲的最南端；意大利人哥伦布于1492年航行到美洲；葡萄牙人达·伽马于1498年绕过非洲航行到印度；葡萄牙人麦哲伦于1519年进行环球航行。
但是，航行的动力依然是人力和风力，即桨和帆，近代运河的船只用两岸骡马的畜力拉拽，也是原始的。
近代工业革命为船舶革命提供了条件。蒸气机的发明及完善为之提供了动力，冶金业为之准备了材料，机械制造业提供了加工手段，另外工业革命还积累了资金。
1807年，美国人富尔顿建造的“克莱蒙特”号轮船，在哈得逊河上逆流而上，取得了轮船航行的首次成功。
但是，富尔顿并非轮船的发明人。
最早发明汽船的人是美国工程师菲奇。在1787年，把一台瓦特蒸气机安装到船上，进行试航，获得成功。1790年，他又制造一艘大型汽船，开辟了费城到巴尔的摩的定期航线。