平行運動機構
トーマス・ニューコメンとワットによって構築された以前のエンジンでは、動力ストローク中にピストンが鎖でビームの一方の端を下方に引き、回復ストローク中にポンプの重みが同様にもう一方の端を下方に引くという、交互の作用でビームを動かしていた。ワットの新しい複動式エンジンでは、ピストンが上方・下方のどちらのストロークでも動力を生成したため、ビームに力を伝達することに、鎖の使用はできなかった。そこでワットは、ピストンロッドが垂直のままで、両方向に力を伝達する平行運動機構を設計した。ワットが「平行運動」と呼んだのは、ピストンロッドとポンプロッドが垂直で平行に動く必要があったためである。
ワットは1808年の息子に宛てた手紙で、どのようにして設計にたどり着いたのかを説明し、「これまでのどの発明よりも誇りに思う」と記している。手紙でのスケッチは、今ではワットリンク機構(英語版)と呼ばれ、ワットの1784年の特許にも記載されたものであるが、すぐに平行運動機構が使われることとなった。
ワットリンク機構との違いは、パンタグラフが設計に組み込まれている点である。基本原理には影響しないが、機構がよりコンパクトになるため、エンジンのある建物を小さくすることができる。
ニューコメンによるエンジンのピストンは気圧によって下降し、熱せられた蒸気によって上昇した。ワットの装置により、蒸気をピストンの両側で直接作業に使用できるため、出力がほぼ2倍になり、サイクル全体で動力がより均等に供給される。これは、往復運動をクランクや太陽歯車・遊星歯車を通じて回転運動に変換する場合の利点である。