Nella macchina di Newcomen una catena è attaccata da una parte al carico e dall’altra al pistone del cilindro. La catena è bilanciata in modo tale che, quando la valvola A è aperta e il cilindro è riempito di vapore alla pressione atmosferica normale (101300 Pa), il peso del carico solleva il pistone all’estremità superiore del cilindro. Mentre il pistone si muove verso l’alto, la valvola A è sempre aperta e la valvola B è sempre chiusa. Non appena il pistone raggiunge la posizione di massima altezza, la valvola A si chiude e la valvola C si apre. L’acqua fredda che cade sul cilindro fa condensare il vapore, producendo una depressione nel cilindro, e quindi la pressione atmosferica spinge nuovamente in basso il cilindro. Quando il pistone raggiunge la posizione inferiore, la valvola C si chiude e la valvola B si apre brevemente per lasciar defluire il vapore raffreddato e condensato. Quindi si riapre la valvola A e il ciclo ricomincia.

Nei primi modelli le valvole erano manovrate a mano, mentre in seguito l’apertura e la chiusura furono rese automatiche, sincronizzandole con il ritmo della macchina e usando per questo una parte dell’energia prodotta. Questa idea di usare una parte del prodotto di un processo per regolare il processo stesso è chiamata "retroazione" ed è utilizzata nella progettazione dei moderni sistemi meccanici ed elettronici.

La macchina di Newcomen aveva un rendimento molto più elevato di quella di Savery: 12 corse al minuto, circa 45 l d’ acqua sollevati ogni volta ad un altezza di 46 m contro le 2-5 corse al minuto una capacità di sollevamento di pochi litri d’ acqua per 25 m della macchina si Savery. Rimanevano gli inconvenienti dovuti all’ immissione manuale del vapore che se non era precisa determinava l’ urto violento del pistone contro la base inferiore del cilindro, provocando spesso rotture.