Над атмосферной машиной Ньюкомена трудилось много изобретателей. Они вводили в нее одно усовершенствование за другим, и она получила довольно широкое распространение на шахтах. Замечательный русский изобретатель, шихтмейстер барнаульских заводов Иван Ползунов воспользовался идеей Ньюкомена и в 1766 году построил подобную машину для приведения в движение мехов, требовавших так же прямолинейно-возвратного движения. Но принципиальные изменения в эту Ньюкоменовскую машину внес только Джемс Уатт. Сначала он превратил атмосферную машину в паровую, а затем создал из нее универсальный паровой двигатель, пригодный для всякой работы.
В слабом, болезненном теле Джемса Уатта жил изумительный дух. Получив как-то в починку от университета в Глазго модель водоотливной машины Ньюкомена, Уатт, желая установить причины ее плохого действия, начал изучать свойства пара. Он так увлекся делом, что не только исправил модель, но и пришел к ряду ценнейших научных выводов. С полученным опытом и знаниями он занялся улучшением водоотливной машины и набрел на гениальную мысль — производить конденсацию пара не в самом рабочем цилиндре, а в отдельном сосуде, названном конденсатором.
«Это было около Глазго, — вспоминает он в своих записках о создании паровой машины. — Я вышел на прогулку около полудня. Был прекрасный день. Я проходил мимо старой прачешной, думая о машине, и подошел к дому Герда, когда мне пришла в голову мысль, что пар ведь упругое тело и легко устремляется в пустоту. Если установить связь между цилиндром и сосудом с разреженным воздухом, то пар устремится туда и цилиндр не надо будет охлаждать. Я не дошел еще до Голфгауса, когда все дело уже было кончено у меня в уме».
Действительно, как только Уатт пришел к идее отдельного конденсатора, все дальнейшие усовершенствования вытекали из нее, следуя одно за другим. Построенная нм модель была уже не атмосферной машиной, а паровой: поршень опускался вниз не силою атмосферного давления, а силою расширяющегося пара, который впускался в пространство над поршнем. Нижний конец цилиндра соединен был с отдельным конденсатором, стенки которого охлаждались водою. Впущенный в верхнюю часть цилиндра пар, расширяясь, гнал поршень вниз и устремлялся через отверстие в конденсатор, после чего поршень под влиянием противовеса балансира подымался вверх. Эта паровая машина «простого действия» получила широкое распространение. Затем Уатт переработал ее в машину «двойного действия»: пар поочередно стал впускаться то по одну, то по другую сторону поршня и машина стала иметь два рабочих хода: и вниз, и вверх, а не один — вниз, как было раньше. К этой машине двойного действия Уатт добавил кривошипный механизм, путем которого прямолинейно-возвратное движение поршня превращалось во вращательное движение махового колеса.
Так появился на свет универсальный двигатель, который можно было применять повсюду, где нужна была движущая сила. Это было то, в чем, как в воздухе, нуждалась развивавшаяся промышленность: она уже имела целый ряд всяких исполнительных, рабочих машин, непосредственно заменявших труд человека. Были ткацкие, прядильные станки, мельницы, лесопильные машины. Не хватало только двигателя, машины, которая бы их приводила в действие. Водяные колеса, сила животного, рабочие руки — все это уж не могло удовлетворить потребностей нарождавшихся фабрик и заводов.
Первая машина простого действия Уатта была построена и поставлена на предприятии Робека в Ферз-ов-Форзе на реке Карроне. Однако, она оказалась недостаточно удовлетворительной по своему действию. Патент на новоизобретенную паровую машину был получен Уаттом 5 января 1769 года. Второй патент, на усовершенствованную машину двойного действия, Уатт получил 28 апреля 1784 года.