وات توجه خود را بر خواص بخار ، بخصوص به نسبت بین چگالی آن با دما و فشار متمرکز کرد. او یک فضای مخصوص متراکم کردن برای موتور بخار طراحی کرد که تا حد زیادی از به هدر رفتن بخار در سیلندرها جلوگیری میکرد و خاصیت مکش را تقویت میکرد.

اختراعات و اصلاحات
اولین اختراع وات در سال 1769 ثبت شد که شامل این قطعه و اصلاحات دیگر او برای موتور ساخت نیوکامن بود. این اصلاحات شامل سیستم steam-jacketing یا سیلندرهای دولایه، روغنکاری و عایق کاری سیلندر برای رسیدن به درجات بالای دما و حداکثر بازدهی بود.

در این زمان وات شریک مخترع انگلیسی جان روباک (John Roebuck) بود که در واقع سرمایه گذار تحقیقات وات بود. در1775، تولید کننده انگلیسی ماتیو بولتون، که صاحب کارخانه مهندسی سوهو (Soho Engineering Works) در بیرمنگام (Birmingham) بود، توجه روباک را به کار تولید جلب کرد، در نتیجه روباک و وات دست به تولید موتورهای بخار زدند. وات به کار تحقیق و ثبت اختراعات مهم دیگری نیز پرداخت که موتورهای دوار (rotary engine) برای راه اندازی دستگاههای مختلف، موتور دوطرفه (double-action) که در آن بخار به طور متناوب به هردو انتهای سیلندر وارد میشود و همچنین فشارسنج بخار، که کارش اندازه گیری میزان فشار بخار در موتور است، از آن جمله اند. او در سال 1800 از شرکت استعفا داد و پس از آن مام وقت خود را به کار تحقیق اختصاص داد.

یک توضیح
این که جیمز وات مخترع اصلی موتور بخار است، یک تصور غلط است و دلیل به وجود آمدن آن، اختصاص داشتن بخش بزرگ دستاوردهای او در باره مسائل بنیادی موتور بخار بوده است. دستگاه گریز از مرکز کنترل سرعت، که او در سال 1788 اختراع کرد و به طور خودکار سرعت موتور را تنظیم میکند، یک مورد بسیار جالب توجه در جهان فنی امروز است.

واحد الکتریکی "وات" به افتخار این مخترع برگزیده شده است. وات در عین حال یک مهندس شهرسازی مشهور نیز بود و مسیر چندین کانال را مساحی و نقشه برداری کرده بود. او در سال 1767 یک قطعه الصاقی اختراع کرد که تلسکوپ را به وسیله اندازه گیری مسافت تبدیل میکرد. اصطلاح اسب بخار horsepower نیز از وات به جا مانده است. او در 19 اگوست 1819، در هیت فیلد Heathfield انگلستان درگذشت.