瓦特觀察燒開了的水壺，發現了蒸汽，從而發明了蒸汽機。

蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業革命。直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，後來才逐漸讓位於內燃機和汽輪機等。

蒸汽機需要一個使水沸騰產生高壓蒸汽的鍋爐，這個鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至可燃垃圾作為熱源。蒸汽膨脹推動活塞做功。

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瓦特1776年製造出第一臺有實用價值的蒸汽機。以後又經過一系列重大改進，使之成為“萬能的原動機”，在工業上得到廣泛應用。他開闢了人類利用能源新時代，使人類進入“蒸汽時代”。後人為了紀念這位偉大的發明家，把功率的單位定為“瓦特”（簡稱“瓦”，符號W）。

瓦特在原有蒸汽機的基礎上發明的新式蒸汽機結構在之後的50年之內幾乎沒有什麼改變。瓦特蒸汽機發明的重要性是難以估量的，它被廣泛地應用在工廠成為幾乎所有機器的動力，改變了人們的工作生產方式，極大地推動了技術進步並拉開了工業革命的序幕。

它使得工廠的選址不必再依賴於煤礦而可以建立在更經濟更有效的地方，也不必依賴於水能從而能常年地運轉，這進一步促進了規模化經濟的發展，大大提高了生產率的同時也使得商業投資更有效率。

蒸汽機為一系列精密加工的革新提供了可能，更高的工藝保證各種機器包括蒸汽機本身的效能提高。經過不斷的努力，引入更高氣壓的蒸汽，蒸汽火車蒸汽輪船便很快相繼問世。