Cartwright obtuvo la patente de una máquina de cardadura (1789) para limpiar y peinar la lana antes de hilarla. En 1797 patentó una máquina de vapor que funcionaba con alcohol. También fue ayudante del inventor estadounidense Robert Fulton en sus experimentos sobre el buque a vapor. Las patentes de Cartwright le proporcionaron pocos ingresos y en 1809 el Gobierno británico, en consideración a sus inventos, le concedió 10.000 libras. Se retiró a una granja en Kent y pasó el resto de su vida ideando mejoras para la maquinaria agrícola.

Watt determinó las propiedades del vapor, en especial la relación de su densidad con la temperatura y la presión, y diseñó una cámara de condensación independiente para la máquina de vapor que evitaba las enormes pérdidas de vapor en el cilindro e intensificaba las condiciones de vacío. La primera patente de Watt, en 1769, cubría este dispositivo y otras mejoras de la máquina de Newcomen, como la camisa de vapor, el engrase de aceite y el aislamiento del cilindro con el fin de mantener las altas temperaturas necesarias para una máxima eficacia.

En esa época, Watt era socio del inventor británico John Roebuck, que financió sus investigaciones. En 1775, sin embargo, Roebuck entró en contacto con el fabricante británico Matthew Boulton, propietario en Birmingham del Soho Engineering Works, y Watt y él comenzaron a fabricar máquinas de vapor. Watt continuó con sus investigaciones y patentó otros muchos e importantes inventos, como el motor rotativo para impulsar varios tipos de maquinaria; el motor de doble efecto, en el que el vapor puede distribuirse a uno y otro lado del cilindro, y el indicador de vapor que registra la presión de vapor del motor. Se retiró de la empresa en 1800 y desde entonces se dedicó por completo al trabajo de investigación.

La idea extendida pero equivocada de considerar a Watt como el verdadero inventor de la máquina de vapor se debe al gran número de aportaciones que hizo para su desarrollo. El regulador centrífugo o de bolas que inventó en 1788, y que regulaba automáticamente la velocidad de una máquina, tiene especial interés en nuestros días. Incorpora el principio de retroalimentación de un servomecanismo, al articular el circuito de salida con el de entrada, que es el concepto básico de la automatización. La unidad eléctrica vatio (watt) recibió el nombre en su honor. Fue también un afamado ingeniero civil, que hizo varios estudios sobre vías de canales. En 1767 inventó un accesorio para adaptarlo a los telescopios que se utilizaba en la medición de distancias. Murió el 19 de agosto de 1819 en Heathfield, Inglaterra.