A máquina a vapor foi sem dúvida uma das invenções que maior influência exerceu no desenvolvimento industrial e na civilização.
Uma das primeiras máquinas construídas com a finalidade de aproveitar a pressão do vapor para fazer mover um corpo foi a Spiritalia, construída por Herão de Alexandria, no séc. I d. C. Esta máquina era constituída por uma eolípila girante, com a forma de uma esfera oca, da qual saíam dois tubos diametralmente opostos e encurvados, como num torniquete hidráulico. A esfera podia rodar em torno de um eixo horizontal, cuja direcção passava pelo seu centro. Estes aparelhos, inicialmente construídos sem qualquer preocupação de aplicação prática, mas sim como instrumento de recreação
(ver instrumento 82), viriam, no entanto, a ser os precursores de gigantescas máquinas construídas nos séculos XVIII e XIX, as quais desempenharam um papel singular na evolução tecnológica.
Na sequência dos estudos feitos por Papin, surgiram diversos mecanismos que faziam o aproveitamento do movimento de um êmbolo no interior de um cilindro, accionado pelo vapor de água sob pressão.
No século XVIII foram desenvolvidos alguns sistemas de máquinas, nos quais o vapor era condensado por injecção directa de um jacto de água fria, no interior do cilindro, quando este se encontrava sujeito a uma forte pressão interior. Inicialmente, foram desenvolvidos mecanismos de máquinas de efeito simples, nas quais o vapor, ao ser admitido no interior do cilindro, exercia forte pressão sobre o êmbolo, fazendo-o mover-se num determinado sentido. A entrada do vapor era feita através de uma válvula, que comunicava com a caldeira onde se encontrava a água em ebulição. Quando o êmbolo chegava ao fim do seu percurso, no interior do cilindro, esta válvula era automaticamente fechada, injectando-se então água fria através de uma segunda válvula. Verificava-se assim, devido à condensação do vapor, uma brusca diminuição da pressão no interior do cilindro, o que obrigava o êmbolo a mover-se em sentido contrário. Nas primeiras máquinas construídas, este movimento de retorno do êmbolo era provocado simplesmente por acção da pressão atmosférica. Este tipo de máquina era designado por máquina de efeito simples. Como consequência da diferença dos dois agentes que actuavam um de cada lado do êmbolo - vapor sob pressão e pressão atmosférica - resultava uma assimetria nas características do seu movimento nos dois sentidos, sendo mais rápido e eficaz quando se dava a admissão do vapor no interior do cilindro e mais lento o retorno sob a acção da pressão atmosférica.
Para a resolução deste problema, desenvolveram-se sistemas nos quais o vapor entrava alternadamente de um e de outro lado do êmbolo. Para isso utilizavam-se válvulas, que abriam e fechavam alternadamente, fazendo-se a admissão do vapor apenas de um dos lados do êmbolo. Enquanto o vapor entrava numa das partes em que o cilindro estava dividido pelo êmbolo, na outra injectava-se água fria provocando a condensação do vapor. O líquido que resultava deste processo era recolhido num recipiente próprio e retirado periodicamente. Este tipo de máquina era conhecido como sendo de efeito duplo.
Em 1769, Watt desenvolveu um novo tipo de máquina na qual o vapor era libertado para a atmosfera através da abertura de uma válvula, evitando as desvantagens da condensação do vapor por acção de um jacto de água fria. A abertura e fecho da válvula de escape era feita através de um complexo sistema de engrenagens e veios de transmissão, comandados por um eixo que se movia solidariamente com o êmbolo. Para isso, desenvolveram-se diversos mecanismos de válvulas, instalados numa caixa de distribuição que permitia que o vapor escapasse alternadamente de cada um dos sectores definidos pelo êmbolo no interior do cilindro.
Dois pêndulos cónicos, constituídos por duas esferas que se moviam numa trajectória circular num plano horizontal, eram utilizados para accionar uma segunda válvula no sistema de escape da máquina, permitindo regular o fluxo de vapor e, deste modo, a velocidade da máquina. Este mecanismo é conhecido por regulador de Watt, em homenagem ao seu inventor (ver instrumento 61).
