Большое влияние на дальнейшее развитие тепловых двигателей оказал Дени Папен. В ходе совместных работ с Гюйгенсом, Папен ознакомился с принципом получения работы за счет использования поршня в цилиндре. Эта идея первоначально развивалась парижским аббатом Жаном Готфейлем.

Предложения Гюйгенса и Готфейля были очень похожи. В цилиндр помещали поршень и под ним поджигали порох. Под действием продуктов сгорания поршень поднимался, его фиксировали в этом положении, продукты сгорания охлаждали. В результате их объем уменьшался, под поршнем возникало разрежение. Под действием атмосферного давления поршень опускался и мог совершать полезную работу.

В 1698 г. одновременно с появлением патента Севери Папен опубликовал брошюру, в которой впервые указал на то, что, кроме превращения воды в пар, необходим процесс конденсации, и это одно из непременных условий получения работы, т. е. фактически описал замкнутый цикл работы пара в паровой машине.

В 1707 г., работая в Касселе, Папен под влиянием Севери возвращается к идее создания поршневой машины. Теперь котел уже отделен от цилиндра. Пар давит на поршень сверху, и он вытесняет из цилиндра воду через отверстие в дне. Эта машина тоже сильно уступала машине Севери, так как у нее не было всасывающего хода, и поэтому она тоже не получила распространения. Но важно, что процесс конденсации Папен вынес за пределы цилиндра (отработавший пар выпускался в атмосферу). Кроме того, он предусмотрел подачу воды на лопатки водяного колеса для получения непрерывного вращения вала отбора мощности и в этом сильно опередил многих изобретателей.

Следующий важный шаг по пути создания тепловых двигателей совершил английский изобретатель, кузнец по профессии Томас Ньюкомен. Биографических сведений о нем не сохранилось, но известно, что он обладал обширными знаниями и навыками практической работы. Выполняя как-то заказ на детали для машины Севери, он пришел к мысли, что ее производительность и экономичность можно повысить, разделив функции насоса и двигателя , т. е. использовав в машине Севери идею Папена.

Полезная работа в этих машинах совершалась под действием атмосферного давления.

В 1705г. появляется водооткачивающая машина Томаса Ньюкомена. Машина содержала два вертикальных рабочих цилиндра. Пар поступал под поршни этих цилиндров из общего котла через распределительный кран по очереди. Давление пара поднимало поршень, а после достижения последним наивысшей точки в цилиндр впрыскивалась вода, пар конденсировался и поршень под действием атмосферного давления опускался, совершая рабочий ход. Насосные цилиндры были установлены параллельно рабочим, их поршни соединялись с поршнями рабочих цилиндров через качалку-коромысло. Когда один из поршней поднимался, другой опускался, и наоборот. Соотношение плеч коромысла определяло соотношение ходов поршней. Как правило, ходы были равны. Впервые применен поршень в цилиндре. Осуществлен замкнутый цикл. Сделано разделения функций насоса и двигателя. Изобретно автоматическое парораспределение.

С машиной Ньюкомена связана легенда о мальчике Гемфри Поттере, который изобрел автоматическое парораспределение. Поскольку открывать кран для поочередной подачи пара в рабочие цилиндры было дело нехитрое, его поручали мальчику. Но целый день, не отвлекаясь, открывать краны очень утомительно, особенно для ребенка, которому хотелось играть со сверстниками. И вот сообразительный мальчик придумал возможность отлучаться от машины. Он взял две веревочки, привязал их к рукоятке крана, а другие концы привязал к коромыслу так, что, когда одно плечо коромысла поднималось, одна из веревочек натягивалась и открывала кран, а когда это плечо опускалось, веревочка ослабевала, но при этом поднимающееся второе плечо натягивало вторую веревочку и кран закрывался. Очень остроумно и просто. Но многие специалисты высказывают сомнение в достоверности этой истории, приводя следующие соображения. Во-первых, нужно было достаточно точно обеспечить натяжение и провисание веревок, а мальчику это было сделать непросто. Во-вторых, противолежащие плечи коромысла перемещаются в противоположных направлениях, и для того чтобы открывать и закрывать кран натяжением веревок с одного рабочего места, нужен был блок, и вряд ли в те времена ребенок имел возможность его раздобыть. И наконец, качающееся коромысло было на высоте около 3 м над краном, и трудно представить, чтобы можно было произвести сборку и отладку приспособления без остановки машины - хозяин сразу бы это заметил. Но благодаря своей красоте эта легенда широко известна, хотя официально автоматическое парораспределение изобрел английский инженер Бейтон, и в 1718 г. ему выдан на это патент.

Машины Ньюкомена доминировали несколько десятилетий и постоянно совершенствовались. В 1725 г. изобретатель Леупольд предложил увеличить число цилиндров. Одновременно он предлагал ввести вал отбора мощности, вращающийся с помощью колеса, на которое льют воду поршневые насосы, т. е. почти через 20 лет повторил предложение Папена. Он же опубликовал книгу "Театр машин", где дал подробное описание машин Ньюкомена-Коули. В 1772г. Смитон построил машину Ньюкомена с двумя котлами, он же ввел регулирование момента впрыска воды в цилиндр, т. е. регулирование числа двойных ходов.

Но при всем этом двигатель в машине Ньюкомена не был универсальным; передача от поршня двигателя к поршню насоса привязывала двигатель к определенному виду приводимых устройств. Развивающуюся промышленность такой двигатель уже не удовлетворял. Она испытывала нужду в универсальном тепловом двигателе.