蒸汽機需要壹個鍋爐來燒水產生高壓蒸汽。這種鍋爐可以使用木材、煤、石油或天然氣甚至可燃垃圾作為熱源。蒸汽的膨脹推動活塞做功。
世界上第壹臺蒸汽機是1世紀古希臘數學家亞歷山大的希羅發明的Aeolipile，這是蒸汽機的雛形。[2]
大約在1679年，法國物理學家丹尼斯·帕潘在觀察到蒸汽從他的高壓鍋中逸出後，制作了第壹臺蒸汽機的工作模型。同時代的塞繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機的想法。[2]
托馬斯·塞維利亞於1698年制造了早期的工業蒸汽機，托馬斯·紐科門於1712年制造了早期的工業蒸汽機，他們都為蒸汽機的發展做出了自己的貢獻。
16年底到17年底，英國采礦業尤其是煤礦已經發展到相當規模，僅靠人力和畜力難以滿足抽幹地下水的要求，而現場又有豐富廉價的煤炭作為燃料。現實的需要促使許多人，如英國的薩維裏和紐科門，投身於“火力提水”的探索和實驗。
薩弗裏制造的世界上第壹臺實用的蒸汽水泵於1698年獲得名為“礦工之友”的英國專利。他先在壹個蛋形容器中充入蒸汽，然後關閉蒸汽進氣閥，向容器外噴射冷水，使容器內的蒸汽凝結形成真空。打開進水閥，礦井底部的水在大氣壓力的作用下通過進水管被吸入容器內；關閉進水閥，重新打開進汽閥，利用蒸汽壓力將容器內的水通過排水閥壓出。當容器內的水排幹並充滿蒸汽時，關閉蒸汽進口閥和排水閥，再次噴水使蒸汽凝結。如此反復循環，兩個蛋形容器交替工作，可以不斷排水。
薩弗裏的水泵依靠真空吸力抽水，抽水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井中抽水，需要在礦井深處安裝水泵，利用高蒸汽壓力將水抽到地面，這在當時無疑是困難和危險的。
紐科門和他的助手卡利在1705年發明了大氣蒸汽機來驅動獨立水泵，被稱為紐科門大氣蒸汽機。這種蒸汽機首先在英國普及，然後在歐洲大陸推廣，直到19世紀初仍在制造其改型產品。紐科門的蒸汽機將蒸汽引入汽缸，然後關閉閥門，再將冷水註入汽缸，蒸汽凝結時造成真空。活塞另壹側的空氣壓力推動活塞。把壹根桿子深深地插進礦井裏來驅動水泵。蒸汽機活塞的運動通過這根桿傳遞給泵的活塞，把水從井裏抽出來。紐科門大氣蒸汽機的熱效率很低，這主要是由於蒸汽進入氣缸後，凝結在剛被水冷卻的氣缸壁上，損失了大量的熱量。只在煤價低的產煤區推廣。
瓦特運用科學理論逐漸發現了這臺蒸汽機的缺陷。1765年發明了冷凝器與缸壁分離的蒸汽機，1769年獲得英國專利。從1765年到1790年，他做了壹系列發明，如分離式冷凝器、汽缸外保溫層、用油潤滑活塞、行星齒輪、平行連桿機構、離心調速器、節流閥、壓力表等。，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的三倍以上，最終發明了工業蒸汽機。
第壹個很大的改進是通過閥門把汽缸和冷凝缸分開。瓦特在伯明翰發明了這項改進。這項改進提高了蒸汽機的效率。下壹個改進是自動操作閥門。在早期，瓦特的蒸汽機仍然使用平衡桿和拉桿機構來驅動水泵。為了清除冷凝器中的冷凝物和空氣，瓦特安裝了壹個空氣泵。他還在汽缸外壁安裝了夾層，並用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。
這些早期的真空蒸汽機效率有限，但相對安全，因為它們的壓力相對較低，機器向內收縮而不是向外爆炸，以防材料損壞。它們的效率受到外部空氣壓力、氣缸變形、燃燒和沸騰效率以及冷凝能力的限制。理論上的最大效率受限於水在普通大氣壓下相對較低的沸騰溫度。高溫高壓蒸汽的使用大大提高了蒸汽機的效率。但這種蒸汽機比真空蒸汽機危險得多。鍋爐和機器的爆炸造成了許多嚴重事故。安全閥在這裏帶來了很大的提升，壓力過高時安全閥放氣減壓。但是安全的真正保證僅僅依賴於建造、操作和維護的經驗和安全規則。
瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速發展。他把只能提水的機械變成了可以廣泛使用的蒸汽機，蒸汽機的熱效率提高了壹倍，大大降低了煤耗。因此，瓦特是蒸汽機的改革家。
18世紀後期以來，蒸汽機不僅廣泛應用於采礦，還廣泛應用於冶煉、紡織、機械制造等行業。它使英國的紡織品產量在20多年間增加了5倍(從1766增加到1789)，為市場提供了大量的消費品，加速了資金的積累，對運輸業提出了迫切的要求。
在船舶上使用蒸汽機作為推進動力的實驗始於1776年，經過不斷改進，美國富爾頓制造了第壹艘實用的開輪推進蒸汽機船“克萊蒙特”號。從那以後，蒸汽機在船上用作推進動力已經有壹百多年了。
1800年，英國的特裏維西克設計了壹臺高壓蒸汽機，可以安裝在更大的車體上。1803年，他用它推動在環形軌道上運行的機車，找喜歡新奇的人騎，給他們充電。這是火車頭的原型。英國的斯蒂芬·孫不斷改進機車，於1829年創造了“火箭”號蒸汽機車。機車以46公裏/小時的速度牽引著壹節載有30名乘客的車廂，引起了各國的關註，開創了鐵路時代。
19年底，隨著電力應用的興起，蒸汽機壹度作為電站的主要動力機械。1900年，美國紐約有壹個單機功率五兆瓦的蒸汽機電站。
蒸汽機的發展在20世紀初達到頂峰。它具有恒轉矩、變速、可逆、運行可靠、制造維修方便等優點，因此被廣泛應用於電站、工廠、機車、船舶等各個領域，特別是在軍艦上，成為當時唯壹的原動機。
在陸地交通方面，人們開始發展壹種用蒸汽機驅動車輛快速移動的交通工具。世界上第壹輛蒸汽機火車於21，804年2月26日由威爾士的理查德·特拉維斯克展出。英國喬治·斯蒂芬森(1781-1848)率先取得突破性成果。
斯蒂芬森是壹名煤礦工人的兒子，從小就熟悉礦井裏用來抽水的蒸汽機，後來決定從事運輸工具的發明和創造。
1814年，由他研制的第壹輛蒸汽機車“布雷澤”(以普魯士將軍布雷澤命名，他曾幫助英國抗擊拿破侖的軍隊)成功投入試運行。
1825年9月27日，斯蒂芬·孫在新鋪設的鐵路上親自駕駛他與他人合作設計制造的航海家號蒸汽機車，取得了成功。蒸汽機在交通運輸業的應用，使人類進入了“火車時代”，迅速擴大了人類的活動範圍。
斯蒂芬森在1814年成功試運行了布雷澤機車，但也暴露出很多問題，如噪音太大，振動強烈，蒸汽機隨時可能爆炸。火車啟動時，濃煙滾滾，車輪摩擦鐵軌時火花四濺；坐在車裏的人渾身是煙，被打昏了。蒸汽機的火焰烤焦了附近所有的樹。
然而，斯蒂芬森並沒有氣餒，而是不斷進步。他在車廂下安裝減震彈簧，用熟鐵代替生鐵作為鐵軌材料，在枕木下鋪上鵝卵石，增加車頭和車廂的車輪數量，在車頭安裝蒸汽機，以減少危險情況下的損害。
到1825，當斯蒂芬森試圖運行航海家號機車時，情況有了相當大的改善。“旅行者”號正拖著6輛運煤卡車和20節載滿乘客的車廂，載重90噸，時速15英裏。這壯觀的壹幕吸引了許多人觀看。鐵路兩邊都有人；其他人騎著馬，舉著紅旗走在火車前面開道。隨著火車的聲音，它向全世界宣告了鐵路時代的到來。
1829年，斯蒂芬森成功試制了更先進的“火箭”機車。
(以上《斯蒂芬·孫與蒸汽機車》內容出自北師大版歷史教科書。)
運輸工具
1769年，尼古拉·約瑟夫·朱諾號用他的“蒸汽汽車”第壹次論證了自動蒸汽汽車的可行性。這輛車是第壹輛車。這輛車作為交通工具不太有用，但拖農具很好。
直到20世紀初，蒸汽機汽車仍然可以與其他駕駛方式競爭。今天大多數汽車都是由內燃機驅動的。蒸汽機汽車最大的缺點是至少需要30秒才能獲得足夠的壓力。