或许很多人认为蒸汽机是瓦特发明的。事实上，蒸汽机算不上是瓦特发明的。因为在瓦特之前，已经有人发明了蒸汽机，虽然实用性能还不是很高。后来，牛考门把蒸汽机用到了煤矿抽水。
然而，牛考门的蒸汽机可以简单称为“气压机”。这台机器利用蒸汽的力量制造真空来抽水，可以昼夜不停地运作。然而，蒸汽的产生需要大量的能量来提供，也就是说需要消耗大量的煤，因此也只能用在煤矿开采上，毕竟近水楼台，煤矿丰富。
牛考门的蒸汽机，需要将冷水灌入汽缸中，冷凝其中的水蒸气。但在蒸汽冷凝过程中，汽缸本身的温度也降低了。这就需要更多燃料来反复加热汽缸，造成巨大的能耗。
1764年，瓦特被派去修理一台牛考门的蒸汽机，在这期间瓦特便是研究如何改良蒸汽机。说起瓦特与蒸汽机的良缘，不得不提瓦特与水壶的故事。相传在瓦特小时候，烧水时看到水壶里喷出来的蒸气，把壶盖子顶的发出格登格灯的响声，使得他与蒸汽机结下了良缘。
瓦特认为，要制造出完美的蒸汽发动机，就要保持汽缸和蒸汽的温度始终一致。但为了充分发挥其威力，蒸汽的温度需要降到100摄氏度之下。所以，瓦特将冷凝过程分离了出来。
在瓦特改进蒸汽机的研究中，用得最多的便是“水壶”。他将一根玻璃弯管一头插入水壶嘴中，另一头插入装满冷水的实验杯中，结果发现水壶中的水沸腾的时候，冷水杯中的水虽然只有少量增加，但水温有明显升高。这便是蒸汽冷凝过程中的潜热，即水蒸气变成液态水过程中释放的热量。
1765年，瓦特发明了分离式冷凝器，这一改良在蒸汽机的发展中起到了关键作用。瓦特初步改良的蒸汽机，效率是牛考门气压机的4倍。但是，瓦特觉得效率还是不高，经过不断改进试验，瓦特先后将齿轮、离心式调速器、压力计等仪器安装到蒸汽机上，大大提高了蒸汽机的实用性和便捷性。
