В 1879 г. во Франции появился паровой трехосный артиллерийский тягач А. Болли с приводом на две оси, который получил дифференциал в качестве механизма поворота и шарнирно-сочлененную раму. Эра паровых тракторов-тягачей оказалась долгой — в Первую мировую войну они все еще использовались в тяжелой артиллерии и тыловых службах.

Поршневая паровая машина дала промышленности первый универсальный двигатель, стимулировав быстрое развитие технологий общего и специального машиностроения. С другой стороны, необходимость совершенствования паровой машины, постепенный рост давлений и нагрузок требовали развития термодинамики, углубленного изучения процессов преобразования энергии, совершенствования металлургии и методов точной обработки металлов, перехода от дерева как основного конструкционного материала к металлам. В 1790-е годы Г. Модели создает станок с самоходным суппортом, в 1817 г. появляется строгальный станок Р. Робертса, в 1818 г. — фрезерный станок Э. Уитней с многоразовой фрезой, в 1835 г. — автоматический токарный винторезный станок Дж. Уитворта, в 1839 г. — карусельный станок И. Бордмера и паровой молот Дж. Нэсмита и т. д. С 1880-х годов в производстве используют гидравлические прессы. В машиностроении вводятся нормали и стандарты (те же Уитней и Уитворт немало сделали для введения нормализации и взаимозаменяемости деталей в оружейное производство, нормализации резьбы), распространяются стандартные комплектующие детали. Развитие машиностроения шло неравномерно. К началу XX в. наибольшая часть крупных машиностроительных предприятий была сконцентрирована в Великобритании, Германии, Бельгии и США. В то же время происходит становление теплотехники. В 1824 г. Сади Карно заложил основы теории тепловых двигателей, разработав классический цикл «идеальной тепловой машины».

Паровой двигатель, требующий наличия топки и котла, был слишком громоздок для безрельсового транспорта. Подлинная революция в различных отраслях техники и технологий началась с распространением двигателей внутреннего сгорания.

Уже в 1801 г. Ф. Лебон запатентовал двигатель, в котором водяной пар заменил открытым им светильным газом. Светильный газ, добываемый из угля или дерева, вскоре уже производился в промышленных масштабах, и неудивительно появление целого ряда газовых двигателей. В 1806 г. первый реально работающий двигатель внутреннего сгорания строят братья Ж.Н. и К. Ньепсы. Рабочим телом в их «пироэолофлоре» служила угольная пыль (много позднее с ней будет экспериментировать и Рудольф Дизель).

В 1823–1826 гг. два варианта атмосферных газовых двигателей патентует С. Броун, а В. Райт в 1833 г. — газовый двигатель двойного действия (по аналогии с паровым двигателем двойного действия) с водяной рубашкой охлаждения. В 1838 г. В. Барнет патентует двигатель с предварительным сжатием газа и воздуха. В 1854 г. Барзанти и Матеуччи патентуют газовый «атмосферный» двигатель с электрической системой воспламенения (ход поршня вверх осуществлялся за счет взрыва газосветильной смеси, при этом под ним создавалось разрежение вниз — под давлением атмосферы). Добавим к этому, что в 1859 г. французский физик Р.Г. Планте создает свинцовый аккумулятор.

В 1860 г. французский официант Жан Жозеф Этьен Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания, работавший на светильном газе, с электрической системой зажигания, водяной рубашкой охлаждения рабочего цилиндра. Кривошипно-шатунный механизм преобразования движения, золотниковый механизм газораспределения с эксцентриками на валу двигателя повторяли схему паровой машины двойного действия. КПД был еще весьма низок — 4 %. И все же в 1862 г. Ленуар пытался поставить свой газовый двигатель на колесный экипаж.

Газовый двигатель внутреннего сгорания Ленуара постройки 1864 г. с электровоспламенением.

В 1862 г. там же, во Франции, Альфонс Бо де Роша получил патент на двигатель четырехтактного цикла, но не смог реализовать его. Существенной в проекте де Роша была идея предварительного сжатия газо-воздушной смеси перед воспламенением.

В 1866 г. в Германии Николаус Август Отто получил патент на атмосферный четырехтактный вертикальный газовый двигатель. На Парижской выставке 1867 г. компания «Отто и К°» представила первую рабочую модель одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. В 1876 г. Отто строит двигатель на доменном газе. В 1878 г., использовав принцип предварительного сжатия, Отто совместно с Евгением Лангеном смог создать двигатель, КПД которого достиг 15–16 %, т. е. сравнялся с паровыми машинами, достигшими к тому времени уже достаточной степени совершенства. Был реализован классический цикл работы четырехтактного двигателя: рабочий процесс в цилиндре совершается за четыре хода поршня (такта) — впуск, сжатие, воспламенение и расширение (рабочий ход), выпуск. Первый четырехтактный одноцилиндровый двигатель простого действия показан на Всемирной выставке в Париже 1878 г. Оказалось, правда, что еще в 1872–1873 гг. свой вариант четырехтактного газового двигателя независимо изготовил германский часовщик Христиан Рейтман, причем, в отличие от Отто, он использовал не золотниковый, а более перспективный клапанный механизм газораспределения. Но Рейтман не смог продвинуть свою конструкцию на рынок.

В 1867 г. там же, в Германии, Эрнст Вернер фон Сименс создает генератор постоянного тока с самовозбуждением, нашедший применение в системах воспламенения двигателей внутреннего сгорания и более известный автомобилистам как «динамо».

Мощность газовых двигателей внутреннего сгорания росла, но они представляли собой в основном тихоходные стационарные промышленные двигатели. Решающим шагом стал переход на жидкое топливо.

Еще в 1847 г. Дрэк в США получил патент на двигатель, работающий на керосине.

Наконец в 1883 г. бывший управляющий фабрикой Отто в Дейтце инженер Юлиус Готлиб Даймлер вместе с Вильгельмом Майбахом строит скоростной бензиновый четырехтактный двигатель с зажиганием от калильной трубки.

Карл Бенц в 1878 г. разработал легкий двухтактный двигатель внутреннего сгорания. В 1881 г. шотландский инженер Д. Клерк патентует свой двухтактный двигатель (правда, серийно двухтактные двигатели с продувкой начали строить только в 1914 г.).

В 1885 г. Даймлер и Майбах патентуют свой бензиновый двигатель с карбюратором (испарителем по способу англичанина Уильяма Барнета), Даймлер берет патент также на 4-колесный экипаж с бензиновым двигателем, который строит на основе экипажа каретной фабрики «Вильгельм Вимпф и Сын».

Патент Г. Даймлера 1886 г. на двигатель внутреннего сгорания, работающий «на газе или бензине».

В 1886 г. машина с двигателем мощностью 1,2 л.с. испытывается в селении Каннштадт. В январе 1886 г. Бенц патентует и в том же году строит и испытывает в Мангейме трехколесный автомобиль с четырехтактным бензиновым двигателем мощностью 0,75 л.с. В том же году Бенц создает автомобильное магнето, на основе которого Роберт Бош разрабатывает систему искрового зажигания топливной смеси. Однако до начала XX в. еще во многих двигателях используют зажигание от калильной трубки, работавшее пока более надежно, чем электрическое, — только с созданием в 1902 г. Бошем и Хональдом свечи зажигания с высоковольтным магнето электрическое воспламенение становится основным. Бенц первым начинает коммерческое производство автомобилей.

Русский инженер Б.Г. Луцкой в 1885 г. представляет четырехтактный двигатель с вертикальным расположением цилиндра и нижним расположением коленчатого вала. В 1887 г. свой двигатель с электровоспламенением рабочей смеси предлагает русскому военному ведомству изобретатель Ягодзинский, правда — для летательных аппаратов.

Переход к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания позволял увеличить не только их мощность, но и частоту вращения коленчатого вала, обеспечив в то же время равномерность его вращения.