到了19世纪中期，内燃机问世。第一台在工厂中实际使用的内燃机，是1860年法国勒努瓦制造的无压缩过程的煤气机，其基本结构与当时的蒸汽机相差不多。

    1862年，法国罗沙提出四冲程循环的基本原理；1876年，德国奥托制成四冲程往复活塞式单缸卧式煤气机，比勒努瓦的煤气机效率更高，功率更大；1878年，英国克拉克制成了二冲程循环的内燃机；1892年，德国狄塞尔提出压燃式内燃机原理，为提高内燃机热效率作出了重要贡献；1897年他制成第一台压缩点火式内燃机(柴油机)，使用液体燃料，按四冲程原理工作，热效率高于当时其他任何内燃机。早期的压燃式内燃机的转速比较低，进入20世纪后，内燃机的转速开始大幅度提高。

    随着发电机和电动机的发明，世界开始进入电气时代。中心发电站迅速兴起，大功率的高速汽轮机应运而生。1882年，瑞典的拉瓦尔制成第一台单级冲动式汽轮机。

    第一台有实用意义的汽轮机，是英国帕森斯在1884年制成的多级反动式汽轮机，它利用反作用的原理使涡轮旋转，但功率仅为7.5千瓦。不久，他又制造出每台为1000千瓦的发电用的汽轮机；1896年，法国拉托把几个单级冲动式汽轮机串联在一起，形成多级冲动式汽轮机；同年，美国柯蒂斯也获得一次汽轮机的发明专利，他把蒸汽的动能分两部分供给两排动叶片，因而转速比拉瓦尔的单级冲击式汽轮机低。汽轮机的进一步发展是把冲击式和反作用式结合起来，改善了汽轮机的性能。

    水轮机虽是一种古老的水力机械，但发展成为高效率、大功率的，能适合机器大工业生产需要的机器，则是近代的事。18世纪50年代，瑞士人尤勒开始试验反作用水轮机；1827年，法国工程师富尔内隆成功地试验了能发出6马力功率的反作用水轮机；1832年已能制造50马力的水轮机；1838年豪特发明一种向心流动的水轮机；1849年前后美国弗朗西斯设计了混流式水轮机，对水轮机作出了很大的改进。

    随着蒸汽机和内燃机的出现和使用，交通运输工具也得到了发展。第一辆蒸汽汽车是法国人居诺于1769年制成的，它有三个轮子，速度很慢；1803年，英国特里维西克制成高压蒸汽汽车，并驾驶它行进在伦敦的街道上；19世纪下半叶，汽油机汽车出现；至19世纪末，世界上已有成百家作坊式的汽车工厂。

    1807年，美国富尔顿第一次成功地把蒸汽机装在船上，创造出蒸汽轮船；1811年英国也制成蒸汽轮船。

    1829年，英国斯蒂芬森试制成功的“火箭”号蒸汽机车，速度为59公里/小时。斯蒂芬森的重要发明是使废汽从烟囱排出，以便在锅炉的燃烧室内形成负压的抽风方法，这大大提高了燃烧效果和机车速度。

    蒸汽机的出现促进了热力学理论的发展。1824年，法国卡诺出版了《对火的动力的看法》，提出了卡诺定理。他指出热量只是在不同的温度之间转移时才能作功，为以后建立的热力学第二定律奠定了基础。

    1842年，德国迈尔提出热功当量的概念，推算出热功当量的数值；1840年，英国焦耳通过实验测定热功当量的数值，由此归纳出热力学第一定律；德国克劳修斯和英国汤姆森分别于1850和1851年先后提出热力学第二定律，与热力学第一定律共同构成了热力学理论的基本体系。热力学理论的建立和发展，为蒸汽机等动力机械的改进，和其他新型动力机械的研制和设计提供了理论基础。

    机械原理  1806年，在法国巴黎首先建立了机构学的分支学科。1834年，法国物理学家安培把这一学科分支命名为机构运动学。按照他的意见，这一分支是研究机构中发生的运动，而不考虑产生这些运动的力。

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