瓦特並不是蒸汽機的發明者,在他之前,早就出現了蒸汽機,即紐科門蒸汽機,但它的耗煤量大、效率低.瓦特運用科學理論,逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在.從1765年到1790年,他進行了一系列發明,比如分離式冷凝器、汽缸外設定絕熱層、用油潤滑潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等,使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多,最終發明出了現代意義上的蒸汽機.1764年,學校請瓦特修理一臺紐可門式蒸汽機,在修理的過程中,瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理,並且發現了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續而且慢；蒸汽利用率低,浪費原料.以後,瓦特開始思考改進的辦法.直到1765年的春天,在一次散步時,瓦特想到,既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內冷凝造成的,那麼為什麼不能讓蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特產生了採用分離冷凝器的最初設想. 在產生這種設想以後,瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機.按照設計,冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連,使他們既能連通又能分開.這樣,既能把做工後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器,又可以使汽缸內產生同樣的真空,避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗,據瓦特理論計算,這種新的蒸汽機的熱效率將是紐可門蒸汽機的三倍.從理論上說,瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優於紐可門蒸汽機,但是,要把理論上的東西變為實際上的東西,把圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機,還要走很長的路.瓦特辛辛苦苦造出了幾臺蒸汽機,但效果反而不如紐可門蒸汽機,甚至四處漏氣,無法開動.儘管耗資巨大的試驗使他債臺高築,但他沒有在困難面前怯步,繼續進行試驗.當布萊克知道瓦特的奮鬥目標和困難處境時,他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克.當時羅巴克是一個十分富有的企業家,他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的鍊鐵廠.雖然當時羅巴克已近50歲,但對科學技術的新發明仍然傾注著極大的熱情.他對當時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是讚許,當即與瓦特簽訂合同,贊助瓦特進行新式蒸汽機的試製. 從1766年開始,在三年多的時間裡,瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難,終於在1769年製出了第一臺樣機.同年,瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利.第一臺帶有冷凝器的蒸汽機雖然試製成功了,但它同紐可門蒸汽機相比,除了熱效率有顯著提高外,在作為動力機來帶動其他工作機的效能方面仍未取得實質性進展.就是說,瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機. 由於瓦特的這種蒸汽機仍不夠理想,銷路並不廣.當瓦特繼續進行探索時,羅巴克本人已瀕於破產,他又把瓦特介紹給了自己的朋友、工程師兼企業家博爾頓,以便瓦特能得到贊助繼續進行他的研製工作.博爾頓當時經四十多歲,是位能幹的工程師和企業家.他對瓦特的創新精神表示讚賞,並願意贊助瓦特.博爾頓經常參加社會活動,他是當時伯明翰地區著名的科學社團“圓月學社”的主要成員之一.參加這個學社的大多都是本地的一些科學家、工程師、學者以及科學愛好者.經博爾頓的介紹,瓦特也參加了圓月學社.在圓月學社活動期間,由於與化學家普列斯特列等交往,瓦特對當時人們關注的氣體化學與熱化學有了更多的瞭解,為他後來參加水的化學成分的爭論奠定了基礎.更重要的是,圓月學社的活動使瓦特進一步增長了科學見識,活躍了科學思想. 瓦特自與博爾頓合作之後即在資金、裝置、材料等方面得到大力支援.瓦特又生產了兩臺帶分離冷凝器的蒸汽機,由於沒有顯著的改進,這兩臺蒸汽機並沒有得到社會的關注.這兩臺蒸汽機耗資巨大,使博爾頓也瀕臨破產,但他仍然給瓦特以慷慨的贊助.在他的支援下,瓦特以百折不撓的毅力繼續研究.自1769年試製出帶有分離冷凝器的蒸汽機樣機之後,瓦特就已看出熱效率低已不是他的蒸汽機的主要弊病,而活塞只能作往返的直線運動才是它的根本侷限.1781年,瓦特仍然在參加圓月學社的活動,也許在聚會中會員們提到天文學家赫舍爾在當年發現的天王星以及由此引出的行星繞日的圓周運動啟發了他,也許是鐘錶中的齒輪的圓周運動啟發了他.他想到了把活塞往返的直線運動變為旋轉的圓周運動就可以使動力傳給任何工作機.同年,他研製出了一套被稱為“太陽和行星”的齒輪聯動裝置,終於把活塞的往返的直線運動轉變為齒輪的旋轉運動.為了使輪軸的旋軸增加慣性,從而使圓周運動更加均勻,瓦特還在輪軸上加裝了一個火飛輪.由於對傳統機構的這一重大革新,瓦特的這種蒸汽機才真正成為了能帶動一切工作及的動力機.1781年底,瓦特以發明帶有齒輪和拉桿的機械聯動裝置獲得第二個專利. 由於這種蒸汽機加上了輪軸和飛輪,這時的蒸汽機在把活塞的往返直線運動轉變為輪軸的旋轉運動時,多消耗了不少能量.這樣,蒸汽機的效率不是很高,動力不是很大.為了進一步提高蒸汽機的效率,增大蒸汽機的效率,瓦特在發明齒輪聯動裝置之後,對汽缸本身進行了研究,他發現,他雖然把紐可門蒸汽機的內部冷凝變成了外部冷凝,使蒸汽機的熱效率有了顯著提高,但他的蒸汽機中蒸汽推動活塞的衝程工藝與紐可門蒸汽機沒有不同.兩者的蒸汽都是單項運動,從一端進入、另一端出來.他想,如果讓蒸汽能夠從兩端進入和排出,就可以讓蒸汽即能推動活塞向上運動又能推動活塞向下運動.那末,他的效率就可以提高一倍.1782年,瓦特根據這一設想,試製出了一種帶有雙向裝置的新汽缸.由此瓦特獲得了他的第三項專利.把原來的單項汽缸裝置改裝成雙向汽缸,並首次把引入汽缸的蒸汽由低壓蒸汽變為高壓蒸汽,這是瓦特在改進紐可門蒸汽機的過程中的第三次飛躍.透過這三次技術飛躍,紐可門蒸汽機完全演變為了瓦特蒸汽機. 從最初接觸蒸汽技術到瓦特蒸汽機研製成功,瓦特走過了二十多年的艱難歷程.瓦特雖然多次受挫、屢遭失敗,但他仍然堅持不懈、百折不回,終於完成了對紐可門蒸汽機的三次革新.使蒸汽機得到了更廣泛的應用,成為改造世界的動力. 1784年,瓦特以帶有飛輪、齒輪聯動裝置和雙向裝置的高壓蒸汽機的綜合組裝取得了他在革新紐可門蒸汽機過程中的第四項專利.1788年,瓦特發明了離心調速器和節氣閥；1790年,他又發明了汽缸示工器,至此瓦特完成了蒸汽機發明的全過程.
瓦特並不是蒸汽機的發明者,在他之前,早就出現了蒸汽機,即紐科門蒸汽機,但它的耗煤量大、效率低.瓦特運用科學理論,逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在.從1765年到1790年,他進行了一系列發明,比如分離式冷凝器、汽缸外設定絕熱層、用油潤滑潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等,使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多,最終發明出了現代意義上的蒸汽機.1764年,學校請瓦特修理一臺紐可門式蒸汽機,在修理的過程中,瓦特熟悉了蒸汽機的構造和原理,並且發現了這種蒸汽機的兩大缺點：活塞動作不連續而且慢；蒸汽利用率低,浪費原料.以後,瓦特開始思考改進的辦法.直到1765年的春天,在一次散步時,瓦特想到,既然紐可門蒸汽機的熱效率低是蒸汽在缸內冷凝造成的,那麼為什麼不能讓蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特產生了採用分離冷凝器的最初設想. 在產生這種設想以後,瓦特在同年設計了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機.按照設計,冷凝器與汽缸之間有一個調節閥門相連,使他們既能連通又能分開.這樣,既能把做工後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器,又可以使汽缸內產生同樣的真空,避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗,據瓦特理論計算,這種新的蒸汽機的熱效率將是紐可門蒸汽機的三倍.從理論上說,瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機顯然優於紐可門蒸汽機,但是,要把理論上的東西變為實際上的東西,把圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機,還要走很長的路.瓦特辛辛苦苦造出了幾臺蒸汽機,但效果反而不如紐可門蒸汽機,甚至四處漏氣,無法開動.儘管耗資巨大的試驗使他債臺高築,但他沒有在困難面前怯步,繼續進行試驗.當布萊克知道瓦特的奮鬥目標和困難處境時,他把瓦特介紹給了自己一個十分富有的朋友--化工技師羅巴克.當時羅巴克是一個十分富有的企業家,他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規模較大的鍊鐵廠.雖然當時羅巴克已近50歲,但對科學技術的新發明仍然傾注著極大的熱情.他對當時只有三十來歲的瓦特的新裝置很是讚許,當即與瓦特簽訂合同,贊助瓦特進行新式蒸汽機的試製. 從1766年開始,在三年多的時間裡,瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難,終於在1769年製出了第一臺樣機.同年,瓦特因發明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機的過程中的第一項專利.第一臺帶有冷凝器的蒸汽機雖然試製成功了,但它同紐可門蒸汽機相比,除了熱效率有顯著提高外,在作為動力機來帶動其他工作機的效能方面仍未取得實質性進展.就是說,瓦特的這種蒸汽機還是無法作為真正的動力機. 由於瓦特的這種蒸汽機仍不夠理想,銷路並不廣.當瓦特繼續進行探索時,羅巴克本人已瀕於破產,他又把瓦特介紹給了自己的朋友、工程師兼企業家博爾頓,以便瓦特能得到贊助繼續進行他的研製工作.博爾頓當時經四十多歲,是位能幹的工程師和企業家.他對瓦特的創新精神表示讚賞,並願意贊助瓦特.博爾頓經常參加社會活動,他是當時伯明翰地區著名的科學社團“圓月學社”的主要成員之一.參加這個學社的大多都是本地的一些科學家、工程師、學者以及科學愛好者.經博爾頓的介紹,瓦特也參加了圓月學社.在圓月學社活動期間,由於與化學家普列斯特列等交往,瓦特對當時人們關注的氣體化學與熱化學有了更多的瞭解,為他後來參加水的化學成分的爭論奠定了基礎.更重要的是,圓月學社的活動使瓦特進一步增長了科學見識,活躍了科學思想. 瓦特自與博爾頓合作之後即在資金、裝置、材料等方面得到大力支援.瓦特又生產了兩臺帶分離冷凝器的蒸汽機,由於沒有顯著的改進,這兩臺蒸汽機並沒有得到社會的關注.這兩臺蒸汽機耗資巨大,使博爾頓也瀕臨破產,但他仍然給瓦特以慷慨的贊助.在他的支援下,瓦特以百折不撓的毅力繼續研究.自1769年試製出帶有分離冷凝器的蒸汽機樣機之後,瓦特就已看出熱效率低已不是他的蒸汽機的主要弊病,而活塞只能作往返的直線運動才是它的根本侷限.1781年,瓦特仍然在參加圓月學社的活動,也許在聚會中會員們提到天文學家赫舍爾在當年發現的天王星以及由此引出的行星繞日的圓周運動啟發了他,也許是鐘錶中的齒輪的圓周運動啟發了他.他想到了把活塞往返的直線運動變為旋轉的圓周運動就可以使動力傳給任何工作機.同年,他研製出了一套被稱為“太陽和行星”的齒輪聯動裝置,終於把活塞的往返的直線運動轉變為齒輪的旋轉運動.為了使輪軸的旋軸增加慣性,從而使圓周運動更加均勻,瓦特還在輪軸上加裝了一個火飛輪.由於對傳統機構的這一重大革新,瓦特的這種蒸汽機才真正成為了能帶動一切工作及的動力機.1781年底,瓦特以發明帶有齒輪和拉桿的機械聯動裝置獲得第二個專利. 由於這種蒸汽機加上了輪軸和飛輪,這時的蒸汽機在把活塞的往返直線運動轉變為輪軸的旋轉運動時,多消耗了不少能量.這樣,蒸汽機的效率不是很高,動力不是很大.為了進一步提高蒸汽機的效率,增大蒸汽機的效率,瓦特在發明齒輪聯動裝置之後,對汽缸本身進行了研究,他發現,他雖然把紐可門蒸汽機的內部冷凝變成了外部冷凝,使蒸汽機的熱效率有了顯著提高,但他的蒸汽機中蒸汽推動活塞的衝程工藝與紐可門蒸汽機沒有不同.兩者的蒸汽都是單項運動,從一端進入、另一端出來.他想,如果讓蒸汽能夠從兩端進入和排出,就可以讓蒸汽即能推動活塞向上運動又能推動活塞向下運動.那末,他的效率就可以提高一倍.1782年,瓦特根據這一設想,試製出了一種帶有雙向裝置的新汽缸.由此瓦特獲得了他的第三項專利.把原來的單項汽缸裝置改裝成雙向汽缸,並首次把引入汽缸的蒸汽由低壓蒸汽變為高壓蒸汽,這是瓦特在改進紐可門蒸汽機的過程中的第三次飛躍.透過這三次技術飛躍,紐可門蒸汽機完全演變為了瓦特蒸汽機. 從最初接觸蒸汽技術到瓦特蒸汽機研製成功,瓦特走過了二十多年的艱難歷程.瓦特雖然多次受挫、屢遭失敗,但他仍然堅持不懈、百折不回,終於完成了對紐可門蒸汽機的三次革新.使蒸汽機得到了更廣泛的應用,成為改造世界的動力. 1784年,瓦特以帶有飛輪、齒輪聯動裝置和雙向裝置的高壓蒸汽機的綜合組裝取得了他在革新紐可門蒸汽機過程中的第四項專利.1788年,瓦特發明了離心調速器和節氣閥；1790年,他又發明了汽缸示工器,至此瓦特完成了蒸汽機發明的全過程.