第一台将热能转化为功的蒸汽机是生于康沃尔的英国陆军军官萨弗里（Thomas Savery）发明的。萨弗里利用大气压力吸水，利用蒸汽的膨胀将水压出去。萨弗里在1698年7月23日获得了他的发明专利。萨弗里机实际上是蒸汽机和抽水机的结合体。它的能源浪费是巨大的，不仅由于接受器冷热交替引起损失，而且也因为没有活塞而使蒸汽与冷水直接接触从而造成损失（哈巴库克，2002）312。由于萨弗里机使用了8到10个大气压的高压蒸汽，因此存在爆炸的危险。尽管如此，萨弗里机还是获得了很大的成功，许多台被用来为大型建筑供水，被用来为水车泵水，因此也间接地产生了机械动力（辛格　等，2004）118。直到18世纪末期，萨弗里机的改进型还在曼彻斯特的棉纺织厂中使用（哈巴库克，2002）312。

第一台真正实用和可靠的蒸汽机是由纽科门在1705年发明的。纽科门将抽水机与接收蒸汽的汽缸分开。作为一台真空蒸汽机，纽科门蒸汽机通过蒸汽冷凝产生真空，利用大气压获得动力。与萨弗里机相比，纽科门蒸汽机有两个优点：首先，它消除了与所抽水接触而引起的热量损失；其次，它使用的蒸汽接近于大气压强，因此发动机和锅炉的制造都在当时工匠们的能力范围之内，不存在锅炉爆炸的危险。在此后的数年内，英国几乎所有的大型矿山都引进了纽科门蒸汽机，而且还开采了许多以前无法开发利用的新矿（哈巴库克，2002）313。纽科门蒸汽机较低的价格、维修的简单性以及突出的使用寿命都使它很受欢迎。纽科门于1729年去世，生前他已看到自己的蒸汽机在萨克森、法国、比利时，可能还在德国和西班牙得到应用（辛格　等，2004）122。

蒸汽机的发明显然是煤矿排水需要的直接产物。萨弗里和纽科门发明蒸汽机的初衷都是解决煤矿矿井排水的难题。他们始终有这样的信念：发明成果在将来投入商业化运作后注定要产生远期收益。实际上他们也做到了。蒸汽机对于煤矿排水和煤炭运输产生了重要作用。工业革命中的煤炭开采要求科技进步：“专业科学技术对于欧洲煤炭开采方面的突破非常必要。”这一突破是由蒸汽机带来的。蒸汽机“迅速扩展并且在几十年之内变革了整个工业产业”（Clark，2007）。

17世纪末，煤炭开采所挖坑道越来越深，使得矿井的排水问题成为制约煤炭产量的主要因素。许多地方挖掘的坑道已经深入到地下水位以下，而且洪水的威胁使人们不得不停止进一步的采掘活动。因此，使用畜力或者人力将地下水抽出来并排出坑道成为繁重的任务。在英国瓦威克郡的一座煤矿中，人们使用了500匹马来一桶一桶地从矿坑中向外排水（哈巴库克，2002）308。这种大规模的劳动力使用方法并不能提供工业所需的稳定和集中的动力。到18世纪初，最浅层和最容易开采的部分已经被大面积开采，而进一步开采需要使用更深的转动轴，相应的挖掘、拖运、排水和通风费用更高。蒸汽机的出现及时解决了煤炭开采中遇到的排水难题。到18世纪末，英格兰中部地区到处是煤矿，绝大部分要依赖蒸汽机进行开采。这意味着很大的资金投入，因为安装一台纽科门蒸汽机需要1500英镑，但是对于较大型的企业来说，这笔投资还是很值得的（辛格　等，2004）110。1769年，共有120台纽科门蒸汽机被用于煤矿开采。(www.daowen.com)

纽科门10年的研发历程证明，如果没有足够的市场需求作为支持，研发活动很难持续。20世纪的工程师曾经仿制过数台纽科门蒸汽机，结果发现要使这些机器维持正常运转颇费周折。而纽科门在200年前就已经解决了多如牛毛的技术难题，的确是了不起的成就。1710年，纽科门在康沃尔推出原型机，又过了两年，在杜德利投入运转的性能优异的成型机使他名声大噪。纽科门最终不得不向萨弗里妥协，实现专利共享。纽科门蒸汽机在问世之后不久就成为尽人皆知的技术创新奇迹。而且在英国获得此类机器的零部件并非难事，随后设法诱使那些身在海外的英国机械师将全套零部件组装成一台整机也不成问题。尽管如此，蒸汽机在英国之外却非常少见。以收益-成本比率作为考察着眼点，只会在英国，而不是在欧洲大陆，纽科门蒸汽机的收益-成本比率才会比较高。纽科门在涉及蒸汽机结构时，虽然必须熟悉大气具有重量等相关科学知识，但显然他考虑的重点是自己的发明成果将会有一个广阔的应用领域。一项耗费惊人的研发活动最终能否获利，要看其产品在市场上的销路。只有英国能够为此类发明提供广阔的用武之地，因而蒸汽机只能诞生在英国（艾伦，2012）244—249。

尽管像比利时、法国等国家也在使用煤炭和开采煤矿，但是只有英国的煤炭工业规模才足以支撑蒸汽机的发明。1700年前后，英国煤炭产量占欧洲的80%，产值占59%。唯有在那些燃料价格极为便宜的地方，蒸汽机才有可能成为运转成本合算的动力源。1733年专利到期时，英国已有100台纽科门蒸汽机。法国出生的英国科学家和工程师德萨吉利埃博士（John Theophilus Desaguliers）认为，在那些无法利用水力作为动力源且煤炭价格便宜的地方，这种被称为火力机或火力抽水机的机器就算是最好也是最高效的动力源。但这种机器起初只能在煤炭产区附近得到大规模使用，因为其生火用的燃料都是些被煤矿视为次等品并予以丢弃的劣质煤炭，这些劣质煤炭即便不用来给蒸汽机充当燃料，恐怕也没有人会购买（艾伦，2012）244—249。