年（nián）少（shǎo）时总听到（dào）这样的故事：有一天瓦特看到烧（shāo）开的水壶的盖子（zǐ）被不断（duàn）的顶起来，于是发（fā）明了蒸（zhēng）汽机。而事实上正真（zhēn）的发（fā）明者（zhě）是英国工程师纽科门。
纽科门幼年仅受过初等教（jiāo）育（yù），少（shǎo）年时代做过锻工（gōng）。17世纪80年代同卡利合伙经营铁（tiě）器，后来（lái）共同研制蒸汽机，并（bìng）于1705年取得“冷凝进入（rù）活塞下（xià）部的蒸汽和把活塞与连杆联接（jiē）以产生运动（dòng）”的（de）专（zhuān）利（lì）权。此后，纽科门继续改进（jìn）蒸（zhēng）汽机，于1712年（nián）首次制成可供（gòng）实用的大（dà）气式蒸汽机，被称为纽（niǔ）科门蒸汽（qì）机。这台蒸汽（qì）机的汽缸活塞直径为30.48厘米,每（měi）分钟往（wǎng）复12次，功率为5.5马力。但热（rè）效率低，燃料（liào）消耗量大，仅（jǐn）适用于煤矿等燃（rán）料充足的地方。
而瓦特（tè）呢？直到1757年，瓦特才得到了格拉（lā）斯哥（gē）大学的教授提供的一个机（jī）会（huì），让他在（zài）大学（xué）里开设了一间小修理店（diàn），瓦特的小店开业（yè）4年后，在朋友罗（luó）宾逊（xùn）教授的引导下（xià），瓦特开始了对蒸（zhēng）汽机的实验。直到此时，瓦特也还从未亲（qīn）眼见（jiàn）过（guò）一台可以运转的蒸汽机，但是（shì）他开始建造自己的蒸汽机模（mó）型。初步的实验（yàn）失败了，但（dàn）是他坚持（chí）继续（xù）实（shí）验并且（qiě）阅（yuè）读了所有他能（néng）找到的有关蒸汽机的（de）材料，独（dú）立（lì）地发（fā）现了潜热的重要性(尽（jìn）管这（zhè）在好几（jǐ）年前就被布莱克教授（shòu）发（fā）现了，但（dàn）瓦特当时并（bìng）不知情)。1763年，瓦（wǎ）特得知格拉斯（sī）哥大（dà）学有（yǒu）一台（tái）纽（niǔ）科门蒸汽机，但是正在伦（lún）敦修理，他请（qǐng）求学校取（qǔ）回了这（zhè）台（tái）蒸汽（qì）机并亲自进行了修理。修理后这台（tái）蒸汽机勉强可（kě）以工作，但是效率（lǜ）很低。经过大量实验（yàn），瓦特发现效率（lǜ）低的原（yuán）因是由（yóu）于活（huó）塞每推动一次，气缸里的蒸（zhēng）汽都要先冷凝，然后再加（jiā）热进行下一（yī）次推动，从而使得蒸汽80%的热量都耗费（fèi）在（zài）
维持气（qì）缸的温度上面。1765年，瓦特（tè）取得了关（guān）键性的进展，他想到将冷凝器与气缸（gāng）分离开来，使得气缸温（wēn）度可以持续维持在注入的蒸汽的温度，并在此基础上很快建造了一个（gè）可以运（yùn）转的（de）模型。
但是要想（xiǎng）建造一台（tái）实（shí）际的蒸汽机还有很长的（de）路要走。首先是资（zī）金，布莱克教（jiāo）授提供了一些帮助，但更多（duō）的资助来自于约翰•罗巴克(John Roebuck)。罗巴克是一位成（chéng）功的企业家，著名（míng）的（de）卡伦钢铁厂的拥（yōng）有者，在罗巴克的赞助下，瓦特开始了新（xīn）式（shì）蒸汽机的试制，并成为新公司的合伙人。试制中（zhōng）的主要困难还在（zài）于（yú）活塞与（yǔ）气缸的加工制造工艺上。当（dāng）时（shí）的工（gōng）艺水平下钢铁工人更像是铁匠而不（bú）是机械师，所以制造的结果很不满（mǎn）意。此外由（yóu）于当时的相关专利申请需要国会的认可，大部分的资金都花费在相（xiàng）关程序上。由于资金（jīn）的短缺，瓦特不得（dé）不另找了一份（fèn）运河测量（liàng）员（yuán）的工作（zuò），并一干就是8年。这（zhè）之后，罗巴克破产，相关专利都（dōu）由伯明翰（hàn）一间铸（zhù）造厂老板马修•博尔顿接手。瓦特（tè）与博尔顿从此开（kāi）始（shǐ）了（le）他们之间长达（dá）25年的成（chéng）功（gōng）合作。
与博尔顿的合作，使得瓦特（tè）得到了更好（hǎo）的（de）设（shè）备（bèi）资金以（yǐ）及技（jì）术（shù）上的支持，特别（bié）是（shì）在（zài）加工制造工艺方面。新型（xíng）蒸（zhēng）汽机制造的一个主要（yào）困难在于活塞与大型气（qì）缸的密合（hé），这个问题最终被约翰•威尔金森(John Wilkinson)解（jiě）决（jué），他（tā）在改进（jìn）加农炮的（de）制（zhì）造（zào）时提出了一种新的（de）精密镗（táng）孔加工技术，可以用于蒸（zhēng）汽机的制造。终于在1776年，第一批新型蒸汽机制（zhì）造成（chéng）功并应用（yòng）于实际生产。这（zhè）批蒸汽机（jī）由于还（hái）只能提供往复直线（xiàn）运动而主要应用于抽水（shuǐ）泵（bèng）上。在之后的（de）5年中，瓦特赢得了大量的订单并忙于奔波于各个（gè）矿场之（zhī）间（jiān）安（ān）装由这种新型蒸汽机带动的水泵（bèng）。
在博尔顿（dùn）的要求下，瓦特（tè）开（kāi）始继（jì）续研究如何将蒸汽机的直（zhí）线（xiàn）往（wǎng）复运动转化为圆周运动（dòng），以便使得（dé）蒸（zhēng）汽机能为绝大（dà）多数机（jī）器提供动（dòng）力。一个显而易见的解决办法是通过曲柄传动，但是该项（xiàng）专利所有人（rén），约翰•斯（sī）蒂德（dé）(John Steed)要（yào）求同时分享瓦（wǎ）特此（cǐ）前的分离冷凝器（qì）的专利（lì），这一要（yào）求被瓦（wǎ）特坚（jiān）决地拒绝了（le）。1781年，瓦特公司的雇员威廉•默多克(William Murdoch)发明了一种（zhǒng）称为“太阳与行星”的曲柄齿轮传动系统，并以瓦特的名义成功申请了专利。这一发明绕开了曲柄专利（lì）的限制（zhì），极大地扩展了蒸（zhēng）汽机（jī）的应用。
之后的（de）6年里，瓦特又（yòu）对蒸汽机作了一系列改进并取得了一系列专利（lì）：发明了双向气（qì）缸，使得蒸汽能够从两端进出从而可以（yǐ）推动活（huó）塞（sāi）双向（xiàng）运动（dòng），而不是以前那样只（zhī）能单向推动；使用节（jiē）气阀门与离心节（jiē）速器（qì）来控制气压与蒸汽机的运转；发明了一种气（qì）压（yā）示工器来指示蒸汽状况；发明了三连（lián）杆组保证气缸推杆与（yǔ）气泵的直（zhí）线运（yùn）动。由于担（dān）心爆（bào）炸的危险以及（jí）泄露问（wèn）题，瓦特的早期蒸汽机都是使用低压蒸汽，后来（lái）才引（yǐn）进了高压蒸（zhēng）汽（qì）。所有这些革新结（jié）合到一起，使得瓦特的新型蒸汽机的效率是过去的纽科门蒸汽机的5倍
