Le miniere giocarono un ruolo fondamentale per lo sviluppo dell'utilizzo del vapore che fu in quel settore utilizzato per l'eliminazione delle continue infiltrazioni d'acqua.
La prima macchina a vapore, detta macchina a fuoco, fu brevettata nel 1698 da Thomas Savery.
Nel brevetto viene scritto".. una invenzione nuova per sollevare l'acqua e mettere in moto ogni sorta di macchina, grazie alla forza motrice del fuoco, invenzione che sarà di uso assai vantaggioso per prosciugare le miniere, fornire d'acqua le città, le officine ed i mulini, nei luoghi ove non si abbiano a disposizione acque correnti o venti regolari.. "
Il principio di funzionamento della macchina di Savery è semplice come si può dedurre dalla figura. Del vapore ad alta temperatura viene fatto entrare, aprendo rubinetto A, nel recipiente R attraverso un tubo a, la valvola C ed il rubinetto B sono chiusi. Chiuso il rubinetto A dell'acqua fredda bagna il recipiente R provocando la condensazione del vapore e la conseguente creazione di vuoto nel contenitore R. Aprendo ora la valvola C, attraverso il tubo verticale b, l'acqua da asportare, per effetto della pressione atmosferica che agisce su di essa, sale nel recipiente R. Chiudendo la valvola C ed aprendo i rubinetti B ed A il vapore entra nel recipiente R e espelle l'acqua verso l'altro tramite il tubo t.

Un passo ulteriore per l'utilizzo industriale della forza del vapore fu fatto da Denis Papin, forse più noto come l'inventore della "pentola di cottura", oggi pentola a pressione, nella quale aveva già introdotto un sistema automatico di regolazione della pressione: la valvola di sicurezza. Questa altro non era che una chiusura tenuta da un peso il quale si sollevava quando la pressione del vapore, nella caldaia, giungeva ad un valore tale da superare quello del peso posto sulla chiusura.
Il suo contributo maggiore allo sviluppo dell'utilizzo del vapore fu l'invenzione, presentata nel 1690, del meccanismo cilindro e pistone che diede futuro alla "macchina atmosferica".
Il funzionamento del cilindro e pistone di Papin funziona nel seguente modo.
In un cilindro C può scorrere un pistone P a tenuta perfetta ma sottoposto alla pressione atmosferica tramite dei fori praticati sulla testa del cilindro, sul fondo del cilindro si trova dell'acqua che viene riscaldata e fatta vaporizzare da un bruciatore posto sotto il cilindro stesso. Il vapore, a pressione maggiore di quella atmosferica, spinge in alto il pistone e il bruciatore viene spento. La temperatura nel cilindro si abbassa ed il vapore si condensa creando il vuoto nel cilindro e consentendo al pistone, sottoposto alla pressione atmosferica, di scendere verso il basso. Questo consente, come illustrato nella figura, di sollevare un peso G oppure di far muovere il pistone di una pompa aspirante e sollevare quindi dell'acqua.

La macchina atmosferica di Papin fu perfezionata dal fabbro Thomas Newcomen e dal suo collaboratore Johm Cowley. La nuova macchina aveva il cilindro e la caldaia separati, nel cilindro C può scorrere un pistone P a tenuta perfetta sempre a contatto con la pressione atmosferica ed alla base del cilindro troviamo tre condotti: quello con il rubinetto R che consente di immettere nel cilindro C il vapore prodotto dalla caldaia, quello con il rubinetto S che consente di immettere nel cilindro l'acqua fredda per condensare il vapore e quello con il rubinetto T che consente di espellere dal cilindro l'acqua sia immessa per il raffreddamento sia prodotta dal vapore condensato.
Il funzionamento è semplice, i rubinetti S,T ed R sono chiusi, si scalda acqua nella caldaia e si produce vapore, aprendo il rubinetto R il vapore, a pressione maggiore di quella atmosferica, entra nel cilindro C e solleva il pistone P verso l'alto. Il bilanciere AB si abbassa verso il lato A tramiti dei contrappesi. Ora si chiude il rubinetto R e si apre quello S immettendo acqua fredda nel cilindro che condensa il vapore e genera del vuoto nel cilindro C. Si chiude, a questo punto, il rubinetto S e si apre quello T ed il pistone P, per effetto della pressione atmosferica a cui è soggetto, scende verso il basso, espelle l'acqua dal cilindro e sposta con se, nel lato di B il bilanciere AB che solleva i contrappesi. Se dalla parte di contrappesi si trova il pistone di una pompa si produce in essa l'effetto aspirante.

Il passaggio dalla macchina atmosferica a quella a vapore fu opera del tecnico di laboratorio dell'Università di Glasgow, James Watt, il quale si rese conto, riparando un modello della macchina di Newcomen, dell'enorme quantità di calore sprecata da questo congegno, in particolare nella condensazione del vapore.
Ricordiamo che gli studi di Joseph Black portarono a stabilire che occorrono circa 80 calorie per fondere un grammo di ghiaccio mentre per far evaporare un grammo di acqua a 100° centigradi occorre una quantità di calore 537 volte più grande di quella che occorre per portare da 99° a 100° centigradi sempre un grammo di acqua.
Appare subito evidente che produrre vapore è una operazione molto dispendiosa, per cui distruggere il calore posseduto dal vapore condensandolo con acqua fredda come veniva fatto nella macchina di Newcomen direttamente nel cilindro era uno spreco da eliminare.
A parte l'introduzione di sistemi di isolamento delle varie componenti della macchina Watt ebbe l'idea di spostare la condensazione del vapore dal cilindro in un recipiente separato: il condensatore. Inoltre pensò che il cilindro dovesse essere un recipiente chiuso all'interno del quale si doveva muovere il pistone a tenuta perfetta. In questo modo l'unica preoccupazione per rendere efficiente la macchina era quella di effettuare una condensazione spinta del vapore attraverso l'uso di una grande massa d'acqua che non avrebbe più influito sul cilindro.
La macchina di Watt, come risulta dal brevetto del 1769 prevede che il cilindro C, all'interno del quale può scorrere il pistone P a tenuta perfetta, sia chiuso, che nella parte superiore del cilindro C, attraverso la valvola A possa entrare il vapore proveniente dalla caldaia, mentre nella parte inferiore del cilindro, tramite la valvola V, il vapore possa raggiungere il condensatore e che l'ingresso e l'uscita del vapore dal cilindro siano collegati tra loro da un condotto intercettato da una valvola D, come illustrato in figura. Il pistone non è più soggetto alla pressione atmosferica ed è sempre collegato ad un bilanciere AB come nella macchina di Newcomewn.

Con le valvole A e V aperte e la valvola D chiusa, il vapore, proveniente dalla caldaia, entra nel cilindro C e spinge verso il basso il pistone P il quale spinge fuori dal cilindro, verso il condensatore, il vapore che si trova sotto il pistone e fa abbassare il bilanciere AB dal lato B. Quando il pistone ha raggiunto, verso il basso, il fine corsa si chiude la valvola V e si apre quella D, in questo modo il vapore, proveniente dalla caldaia, entra nel cilindro C anche dal di sotto del pistone. In questa condizione vi è una condizione di quasi equilibrio nella pressione del vapore sulle due facce del pistone, ma questo si solleva per via dei contrappesi posti nella parte A del bilanciere AB.
La macchina di Watt è una macchina a vapore e non atmosferica, come quella di Newcomen, in quanto la forza motrice è data dalla pressione del vapore che si esercita sul pistone