在纽科门蒸汽机开始逐渐使用的时候，人们也被这种蒸汽机的缺点所困扰，这种蒸汽机耗煤量非常大，而且工作效率低下，由于设计粗糙，工作中的机械力量不均衡，经常出现此大彼小，时大时小的情况。
瓦特进行了研究之后发现，造成这些问题的原因出在机器设计上。于是从1765年到1790年，他进行了一系列的设计和发明。他制造了分离式冷凝器、行星式齿轮、压力计、节气阀以及离心式调速器，并给蒸汽机外部加设了个隔热层，使用润滑油润滑活塞，将连杆机构改为平行运动连杆机构。通过这一系列的改革，蒸汽机变成了一种可以调节效率，进行安全检测，热能得到充分利用的机器。
在瓦特之前，蒸汽机只能用于矿井抽水活动，但是经过瓦特的改良，蒸汽机的使用范围变得更加广泛。蒸汽机影响了世界工业的进步，为了纪念瓦特的贡献，人们将功率的单位命名为“瓦特”。