蒸汽机是一种什么装置？
瓦特主持修理了一台“按钮门蒸汽机”，他接受这个任务后很快就修好了按钮门发动机模型。但他对此并不满意。通过这次修理，瓦特更多地了解了蒸汽机的结构、性能和存在的问题，并对它产生了兴趣，就像着了迷一样。他观察到纽扣发动机的活塞基本上用机械动力代替了人的手，但一分钟只能来回10次，效率极低。他决心改进蒸汽机的设计。
瓦特开始学习蒸汽机的原理，并根据发动机的原理考虑问题。他还研究了蒸汽的性质，从蒸汽和燃料消耗等具体问题开始，然后扩展到热运动和发动机之间的关系等抽象问题。他做了许多实验，但仍未想出具体的方法来提高按钮式蒸汽机的效率。
在一个阳光明媚的周日下午，瓦特正在郊区散步，但他的脑海中仍然想着蒸汽机。突然，一个想法闪现在他的脑海里:安装一个蒸汽冷凝器，可以弥补蒸汽在汽缸内冷却冷凝，浪费太多热量的重大缺陷。他立即辞去了在格拉斯哥大学的工作，投身于样机的试制。在租来的地下室里，瓦特和他的助手经过反复实验，终于在1768做出了带独立冷凝器的单作用蒸汽机，并于次年获得了专利申请。瓦特的蒸汽机比巴顿的蒸汽机有更明显的优势:安全更可靠，运动更快，油耗降低75%。每个人都称赞瓦特的发明。
“不！只是单演类型的。我还想做个联动，让它运行得更顺畅！”瓦特对自己的成就并不满意。
1774年，瓦特因为妻子的去世，从苏格兰搬到了伯明翰。在制造商博尔顿的支持下，我们继续制造和改进蒸汽机。1781年，瓦特采用行星齿轮机构，将蒸汽机的往复运动变为旋转运动。1782年，瓦特制造了一台更完善的联动蒸汽机，其效率提高了4倍。1784年，他发明了平行连杆机构，使蒸汽机得到了更广泛的应用。一年后，英国出现了第一个由蒸汽机驱动的纺纱机。1788瓦特发明了离心调速器和节流阀。1790年，做了汽缸执行器，终于完成了蒸汽机的整个发明过程。从此，性能优越的瓦特蒸汽机彻底取代了老式的按钮门发动机。
从技术角度来说，瓦特蒸汽机和巴顿发动机有质的区别。钮扣发动机的活塞运动一部分是由蒸汽驱动的，另一部分是由外界大气压力驱动的。瓦特蒸汽机采用密封气缸，活塞运动完全依靠蒸汽的推力，因此可以称之为世界上第一台蒸汽机。此外，离心调节器在蒸汽机上的应用创造了一个动力单位——马力，这也是瓦特的功劳。离心调节器是通过过程本身的变化来控制过程的装置。虽然自动化的兴起发生在20世纪之后，但却始于瓦特。调节器这个词，通过希腊语，给我们提供了一种现代语言——控制论。
从研究方法上看，瓦特当时并没有进入工匠行列，也没有接受过高等教育。但他找到了一条观察、理解和探索蒸汽机的新途径，即从科学和实用两方面分析发动机是如何工作的。这是现代技术专家特有的研究方法，所以我们称瓦特为第一个现代技术专家也不为过。
瓦特的发明使人类获得了一种将热运动转化为机械运动的机械装置，从而满足了社会对动力和能源的需求。工厂开始大规模生产，工厂工人取代了工匠。1807年，美国人富尔顿把瓦特的蒸汽机装上了轮船，轮船从此驶向世界。1814年，英国人斯蒂芬森将瓦特的蒸汽机装上了机车，从此铁路交通遍布五大洲。蒸汽机的广泛使用最终导致了英国和欧洲的工业革命，从而导致了社会生产力的惊人发展。这是科学技术史上第一次具有重大意义的技术革命。
为了纪念瓦特的伟大发明，人们把发电机和电动机的功率计算单位简称为“瓦特”，一直沿用至今。