歷史進程
第一次
18世紀60年代——19世紀中期(人類開始進入蒸汽時代)
工業革命不能僅僅歸因於一小羣發明者的天才。雖然天才無疑起了一定的作用，然而，更重要的是18世紀後期起作用的種種有利力量的結合。除了在強有力的需要的刺激下，發明者很少作出發明。作爲種種新發明的基礎的許多原理在工業革命前數世紀已爲人們所知道，但是，由於缺乏刺激，它們未被應用於工業。例如，蒸汽動力的情況就是如此。蒸汽動力在古希臘化時代的古埃及已爲人們所知道，甚至得到應用，但是，僅僅用於開關廟宇大門。不過，在英國，爲了從礦井裏抽水和轉動新機械的機輪，急需有一種新的動力之源。結果引起了一系列發明和改進，直到最後研製出適宜大量生產的蒸汽機。
這些有利條件導致一系列發明，使棉紡織工業有可能到1830年時完全實現機械化。新發明中，理查德·阿克萊特的水力紡紗機(1796)、詹姆斯·哈格里夫斯的多軸紡紗機(1770)和塞繆爾·克朗普頓的走錠紡紗機(1779)是十分出色的。水力紡紗機能在皮輥之間紡出又細又結實的紗;用多軸紡紗機，一個人能同時紡8根紗線，後來是16根紗線，最後爲100多根紗線;走錠紡紗機也稱爲“騾機”，因爲它結合了水力紡紗機和多軸紡紗機的優點。所有這些新紡紗機很快就在生產出比織布工所能處理的多得多的紗線。但是，這時候沒有發明出機器來織布，仍然由人力來織布，有位名叫埃德蒙·卡特賴特的牧師試圖矯正這種不平衡狀態，他在1785年取得了一種最初由馬驅動、1789年以後由蒸汽驅動的動力織機的專利權。這種新發明物製作粗陋，在商業上無利可圖。但是，經過20年的改進之後，其最嚴重的缺點得到了糾正。到19世紀20年代，這種動力織機在棉紡織工業中基本上已取代了手織織布工。
正如紡紗方面的發明導致織布方面相應的發明一樣，某一工業中的發明促進了其他工業中相應的發明。新的棉紡機引趄對動力的需要，這種動力較傳統的水車和馬所能提供的動力更充裕、更可靠。約1702年前後，一臺原始的蒸汽機已由托馬斯·紐科門製成，並被廣泛地用於從煤礦裏抽水。但是，比起它所提供的動力來，它消耗燃料太多，所以經濟上僅適用於煤田本身。
1763年，格拉斯哥大學的技師詹姆斯·瓦特開始改進紐科門的蒸汽機。他同製造商馬修·博爾頓結成事業上的夥伴關係，博爾頓爲相當昂貴的實驗和初始的模型籌措資金。這一事業證明是極其成功的;到1800年即瓦特的基本專利權期滿終止時，已有500臺左右的博爾頓-瓦特蒸汽機在使用中。其中38%的蒸汽機用於抽水，剩下的用於爲紡織廠、鍊鐵爐、麪粉廠和其他工業提供旋轉式動力。但是，蒸汽機的順利發明也離不開當時的自然環境於社會因素，早在公元前120年，古埃及就有人曾研究蒸汽作動力。據統計，在此後的一千八百多年裏，試用蒸汽作動力的發明者不下二十人，但他們都未製成較爲完善的蒸汽機，並廣泛運用於生產，於是，有人說：“如果瓦特早出生一百年，他和他的發明將會一起死亡!”由此可見，環境也是十分重要的。
蒸汽機的歷史意義，經常被有意識無意識的誇大。它提供了治理和利用熱能、爲機械供給推動力的手段。因而，它結束了人類對畜力、風力和水力的由來已久的依賴。這時，一個巨大的新能源已爲人類所獲得，而且不久，人類還能開發倘藏在地球中的其他礦物燃料，即石油和燃氣。如此，開始了一種趨向，它導致當時的局面：西歐和北美洲每人可得到的能量分別爲亞洲每人的11.5倍和29倍。這些數字的意義在一個經濟力量和軍事力量直接依賴於所能獲得的能源的世界中是很明顯的。實際上，有人認爲19世紀歐洲對世界的支配是以蒸汽機爲基礎，但也不應該過分強調蒸汽機的作用，因爲19世紀歐洲對亞洲、非洲的征服以武力征服爲主。
新的棉紡機和蒸汽機需要鐵、鋼和煤的供應量增加——這一需要通過採礦和冶金術方面的一系列改進得到滿足。原先，鐵礦石是放在填滿木炭的小熔爐裏熔鍊。森林的耗損迫使製造人求助於煤;正是在此時即1709年，亞伯拉罕·達比發現，煤能夠變爲焦炭，正則木頭可以變成木炭一樣。焦炭證明是和木炭一樣有效的，而且便宜得多。達比的兒子研製出一個由水車驅動的巨大風箱，從而製成第一臺由機械操縱的鼓風爐，大大降低了鐵的成本。
1760年，約翰·斯米頓作了進一步的改進;他拋棄達比所使用的、由皮革和木頭製成的風箱，用一個泵來代替，這泵由四個裝有活塞和閥門的金屬氣缸組成，並由水車驅動。更重要的是亨利·科特作出的改進，他於1784年發明了除去熔融生鐵中的雜質的“攪煉”法。利特把熔融生鐵放在一個反射爐裏，加以攪動或“攪煉”。這樣，通過在熔融體中環流的空氣中的氧，除去熔融體中的碳。除去碳和其他雜質後，就生產出比原先易碎的熔融生鐵或生鐵更有韌性的熱鐵。當時，爲了跟上制鐵工業的不斷上升的需要，採煤技術也有了改善。極爲重要的是蒸汽機用於礦井排水，還有，就是1815年漢弗萊·戴維爵士發明的安全燈;安全燈大大減少了開礦中的危險。
由於這種種發展的結果，英國到1800年時生產的煤和鐵比世界其餘地區合在一起生產的還多。更明確地說，英國的煤產量從1770年的600萬噸上升到1800年的1200萬噸，進而上升到1861年的5700萬噸。同樣，英國的鐵產量從1770年的5萬噸增長到1800年的13萬噸，進而增長到1861年的380萬噸。鐵已豐富和便宜到足以用於一般的建設，因而，人類不僅進入了蒸汽時代，也跨入了鋼鐵時代。
紡織工業、採礦工業和冶金工業的發展引起對改進過的運輸工具的需要，這種運輸工具可以運送大宗的煤和礦石。朝這方向的最重要的一步是在1761年邁出的;那年，布里奇沃特公爵在曼徹斯特和沃斯利的煤礦之間開了一條長7英里的運河。曼徹斯特的煤的價格下降了一半;後來，這位公爵又使他的運河伸展到默西河，爲此耗去的費用僅爲陸上搬運者所索取的價格的六分之一。這些驚人的成果引起運河開鑿熱，使英國到1830年時擁有2500英里的運河。
與運河時代平行的是偉大的築路時期。道路起初非常原始，人們只能步行或騎馬旅行;逢上雨季，裝載貨物的運貨車在這種道路上幾乎無法用馬拉動。
1850年以後，一批築路工程師——約翰·梅特卡夫、托馬斯·特爾福德和約翰·麥克亞當——發明了修築鋪有硬質路面、能全年承受交通的道路的技術。乘四輪大馬車行進的速度從每小時4英里增至6英里、8英里甚至10英里。夜間旅行也成爲可能，因此，從愛丁堡到倫敦的旅行，以往要花費14天，這時僅需44小時。
1830年以後，公路和水路受到了鐵路的挑戰。這種新的運輸方式分兩個階段實現。首先出現的是到18世紀中葉已被普遍使用的鋼軌或鐵軌，它們是供將煤從礦井口運到某條水路或燒煤的地方用的。據說，在軌道上，一個婦女或一個孩子能拉一輛載重四分之三噸的貨車，一匹馬能幹22匹馬在普通的道路上所幹的活。第二個階段是將蒸汽機安裝在貨車上。這方面的主要人物是採礦工程師喬治·斯蒂芬孫，他首先利用一輛機車把數輛煤車從礦井拉到泰恩河。1830年，他的機車“火箭號”以平均每小時14英里的速度行駛31英里，將一列火車從利物浦牽引到曼徹斯特。短短數年內，鐵路支配了長途運輸，能夠以比在公路或運河上所可能有的更快的速度和更低廉的成本運送旅客和貨物。到1838年，英國已擁有500英里鐵路;到1850年，擁有6600英里鐵路;到1870年，擁有15500英里鐵路。
蒸汽機還被應用於水上運輸。從1770年起，蘇格蘭、法國和美國的發明者就在船上試驗蒸汽機。第一艘成功的商用汽船是由美國人羅伯特·富爾頓建造的;他曾前往英國學習繪畫、但是，與詹姆斯·瓦特相識後，轉而研究工程學。1807年，他使自己的“克萊蒙號”汽船在哈得孫河下水。這艘船配備着一臺用於驅動明輪的瓦特式蒸汽機，它溯哈得孫河面上，行駛150英里，抵達奧爾巴尼。其他發明者也以富爾頓爲榜樣，其中著名的有格拉斯哥的亨利·貝爾，他在克萊德河兩岸爲蘇格蘭的造船業打下了基礎。早期的汽船僅用於江河和沿海的航行，但是，1833年，“皇家威廉號”汽船從新斯科舍行駛到英國。5年後，“天狼星號”和“大西方號” 汽船分別以16天半和13天半的時間朝相反方向越過大西洋，行駛時間爲最快的帆船所需時間的一半左右。
1840年，塞繆·肯納德建立了一條橫越大西洋的定期航運線，預先宣佈輪船到達和出發的日期。肯納德宣揚他的航線是已經取代“與帆船時代不可分離、令人惱火的不規則”的一條“海洋鐵路”。到1850年，汽船已在運送旅客和郵件方面勝過帆船，並開始成功爭奪貨運。
工業革命不但在交通運輸方面，而且在通訊聯絡方面引起了一場革命。以往，人們一向只有通過運貨馬車、驛使或船才能將一個音信送到一個遙遠的地方。然而，19世紀中葉，發明了電報;作出這一發明的主委是一個英國人查爾斯·惠斯通與兩個美國人塞繆爾·莫爾斯和艾爾弗雷德·維耳。1866年，人們鋪設了一道橫越大西洋的電纜，建立了東半球與美洲之間直接的通訊聯絡。
如此，人類征服了時間和空間。自遠古起，人類一直以坐馬車、騎馬或乘帆船所需旅行的小時數來表示不同地方之間的距離。但到了21世紀初，人類穿着一步跨七裏格的靴子跨過了地球。人類能夠憑藉汽船和鐵路越過海洋和大陸，能夠用電報與世界各地的同胞通訊。這些成就和其他一些使人類能利用煤的能量、能成本低廉地生產鐵、能同時紡100根紗線的成就一起，表明了工業革命這第一階段的影響和意義。這一階段使世界統一起來，統一的程度極大地超過了世界早先在羅馬人時代或蒙古人時代所曾有過的統一程度;並且，使歐洲對世界的支配成爲可能，這種支配一直持續到工業革命擴散到其他地區爲止。
引發工業革命的必要性是市場。
第二次
19世紀下半葉——20世紀初(人類開始進入電氣時代，並在信息革命、資訊革命中達到頂峯)
18世紀後期開始的工業革命已穩步地、不懈地繼續到19世紀末期。因此，將其發展過程劃分爲不同的時期，實質上是武斷的。然而，若把1870年看作一個過渡日期，還是可以作一劃分。正是在1870年前後，出現了兩個重要的發展——科學開始大大地影響工業，大量生產的技術得到了改善和應用。
我們在前章中曾提到，科學開始時對工業沒什麼影響。我們迄今所提到的紡織工業、採礦工業、冶金工業和運輸業方面的種種發明，極少是由科學家們作出的。相反，它們多半是由響應非凡的經濟刺激的、有才能的技工完成的。不過，1870年以後，科學開始起了更加重要的作用。漸漸地，它成爲所有大工業生產的一個組成部分。工業研究的實驗室裝備着昂貴的儀器、配備着對指定問題進行系統研究的訓練有素的科學家，它們取代了孤獨的發明者的閣樓和作坊。早先，發明是個人對機會作出響應的結果，而如今，發明是事先安排好的，實際上是定製的。沃爾特·李普曼已恰當地將這種新形勢描述如下：
從最早的時代起，就有機器給發明出來，它們極爲重要，如輪子，如帆船，如風車和水車。但是，在近代，人們已發明了作出發明的方法，人們已發現了作出發現的方法。機械的進步不存是碰巧的、偶然的，而成爲有系統的、漸增的。我們知道，我們將製造出越來越完善的機器;這一點，是以前的人們所未曾認識到的。
1870年以後，所有工業都受到科學的影響。例如，在冶金術方面，許多工藝方法(貝塞麥鍊鋼法、西門子-馬丁鍊鋼法和吉爾克里斯特-托馬斯鍊鋼法)給發明出來，使有可能從低品位的鐵礦中大量地煉出高級鋼。由於利用了電併發明瞭主要使用石油和汽油的內燃機，動力工業被徹底改革。通訊聯絡也因無線電的發明而得到改造。1896年，古利埃爾莫·馬可尼發明了一臺不用導線就能發射和接收信息的機器，不過，他的成果是以蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋和德國物理學家亨利希·赫茲的研究爲基礎的。石油工業迅速發展，因爲地質學家和化學家做了大量工作;地質學家以非凡的準確性探出油田，化學家發明了從原油中提煉出石腦油、汽油、煤油和輕、重潤滑油的種種方法。科學對工業的影響的最驚人的例子之一可見於煤衍生物方面。煤除了提供焦炭和供照明用的寶貴的煤氣外，還給予一種液體即煤焦油。化學家在這種物質中發現了真正的寶物——種種衍生物，其中包括數百種染料和大量的其他副產品如阿司匹林、冬青油、糖精、消毒劑、輕瀉劑、香水、攝影用的化學制品、烈性炸藥及香橙花精等。
工業革命的第二階段也以大量生產的技術的發展爲特點。美國在這一方面領先，就像德國在科學領域中領先一樣。美國擁有的某些明顯的有利條件可說明它在大量生產方面居首位的原因：巨大的原料寶庫;土著和歐洲人的充分的資本供應;廉價的移民勞動力的不斷流入;大陸規模的巨大的國內市場、迅速增長的人口以及不斷提高的生活標準。
大量生產的兩種主要方法是在美國發展起來的。一種方法是製造標準的、可互換的零件，然後以最少量的手工勞動把這些零件裝配成完整的單位。美國發明家伊萊·惠特尼就是在19世紀開始時用這種方法爲政府大量製造滑膛槍。他的工廠因建立在這一新原理的基礎上，引起了廣泛的注意，受到了許多旅行者的訪問。在惠特尼之後的數十年間，機器被製造得愈來愈精確，因此，有可能生產出不是幾乎相同而是完全一樣的零件。第二種方法出現於20世紀初，是設計出“流水線”。亨利·福特因爲發明了能將汽車零件運送到裝配工人所需要的地點的環形傳送帶，獲得了名聲和大量財產。
一天，一個汽車底盤給縛在一根鋼索上，當絞盤將鋼索拖過工廠時，6名工人沿鋼索進行了一次長250英尺的歷史性旅行;他們邊走邊拾起沿途的零件，用螺栓使它們在汽車底盤上固定就位。實驗做完了，但產生一個困難。上帝造人不象福特製造活塞環那樣精確。裝配線對個子矮小的人來說，太高，對身材高大的人來說，太低，結果是勞而無功。
於是，進行更多的實驗。先升高裝配線，接着又降低裝配線，然後試行兩條裝配線以適合高矮不同的人;先增加裝配線的運行速度，再減低裝配線的運行速度，然後做各種試驗以確定一條裝配線上需安置多少人、每道工序應相隔多遠、是否要讓上螺栓的人再上螺帽、使原先上螺帽的人有時間將螺帽上緊。終於，爲每個汽車底盤上的裝配而規定的時間從18小時28分鐘縮短到1小時33分鐘，世界有可能得到新的、大量的T型汽車;隨着工人成爲其機器上的更爲有效的輪齒，大量生產進入了一個新階段。
然後，藉助於先進的機械設備，對大堆大堆的原料的處理作了改善。大量生產的這種方法也是在美國得到改善的，其最好的例子見於鋼鐵工業。以下這段對製造鐵路鋼軌的過程的描述，說明了這種方法：
鋼鐵工業在一個巨大的地區範圍裏發展了這種……連續生產……。鐵礦石來源於梅薩比嶺。蒸汽鏟把鐵礦石舀進火車車廂;車廂被拖運到德盧斯或蘇必利爾，然後進入某些凹地上方的碼頭，當車廂的底部向外翻轉時，車廂內的鐵礦石便卸入凹地;滑運道使鐵礦石從凹地進入運礦船的貨艙。在伊利湖港，這礦船由自動裝置卸貨，礦石又被裝入火車車廂;在匹茲堡，這些車廂由自動兩卸車卸貨，傾卸車把車廂轉到自己的邊上，使礦石瀑布似地落入箱子;上料車把焦炭、石灰石和這些箱子裏的礦石一起運至高爐頂部，將它們倒入爐內。於是，高爐開始生產。從高爐裏，鐵水包車把仍然火熱的生鐵轉移到混軼爐，然後再轉移到平爐。就這樣，實現了燃料的節約。接着，平爐開始出鋼，鋼水流入巨大的鋼水包，從那裏，再流入放在平板車上的鑄模，一輛機車把平板車推到若干凹坑處，除去鑄模後赤裸裸地留下的鋼錠就放在這些凹坑裏保溫，直到扎制時。傳送機把鋼錠運到軋機處，自動平臺不時地升降，在軋製設備之間來回地拋出所需形狀的鋼軌。由此產生的鋼軌具有極好的形狀，如果有少許偏差，就會被拋棄。電動起重機、鋼水包、傳送機、自動傾卸車、卸料機和裝料機使從礦井中的鐵礦石到鋼軌的生產成爲一件不可思議地自動的、生氣勃勃的事情。
從純經濟的觀點來看，這一規模的大量生產所意味的東西，從鋼鐵大王安德魯·卡耐基的以下這番無可非議的大話中可覺察出來：
從蘇必利爾湖開採兩磅鐵石，並運到相距900英里的匹茲堡;開採一磅半煤、製成焦炭並運到匹茲堡;開採半磅石灰，運至匹茲堡;在弗吉尼亞開採少量錳礦，運至匹茲堡——這四磅原料製成一磅鋼，對這磅鋼，消費者只需支付一分錢。
科學和大量生產的方法不僅影響了工業，也影響了農業。而且，這又是發生在科學應用方面領先的德國和大量生產方面領先的美國。德國化學家發現，若要維持土壤的肥力，就必須恢復土壤中被植物攝取的氮、鉀和磷。最初，是利用天然肥料來達到這一目的，但是，將近19世紀末時，天然肥料讓位於形式上更純粹的、必需的無機物。結果，無機物的世界性生產大大增長，在1850至1913年間，硝酸鹽、鉀鹼和過磷酸鈣的產量從微不足道的數量分別上升到899800公噸(其中四分之三用於制肥料)、1348000公噸和16251213噸。
第三次
20世紀後半期，約在第二次世界大戰之後。(人類進入科技時代，生物克隆技術的出現，航天科技的出現，歐美有稱爲21世紀系統與合成生物學將引發第三次工業革命，也即生物科技與產業革命)。
21世紀的生物科技與產業革命
美國引發的金融危機波及全球，既是危機，也是機遇。產業模式或產業結構轉型，往往是新經濟新產業時代特徵，技術革命帶來的是產業革命。自從英國中西部啓動的第一次工業革命，歐美幾乎同期發生的第二次工業革命，社會產業結構的形成與經濟的增長又發展到了一個新的歷史時期。
20世紀科技方法論從實證分析向系統綜合轉型，人工智能、微電子技術的發展，導致了電腦、電訊等信息產業革命(即信息革命、資訊革命)，帶來基因組計劃、生物信息學的發展。 綜合哲學，遠在系統科學誕生之前已形成，19世紀未和20世紀初斯賓塞的綜合(synthetic)哲學、羅素的哲學分析與綜合、懷德海的有機哲學等。20世紀80年代末90年代初，中國科學哲學屆討論了綜合哲學、系統科學與傳統醫學、中國哲學，中國科學院曾邦哲(傑)20世紀90年代闡述系統生物工程與系統遺傳學的概念，1999年在德國創建系統生物科學與工程網(英文)。2000年美國L.Hood、日本H.Kitano等建立系統生物學研究機構。2003年美國J.Keasling成立基於系統生物學的遺傳工程-合成生物學系。2005年法國F.Cambien和L. Tiret論述動脈硬化研究的系統遺傳學觀念。隨後全球爆炸性地走向了電腦科學與生物科學整合的科技與產業發展態勢，將帶來21世紀的細胞製藥廠與細胞計算機的生物工業化時代，歐美國家科技決策機構紛紛制定教育、科研、產業改革政策，中國出臺了基因生物技術、系統醫藥學開發中醫藥產業現代化的重大立項與決策。
2007年6月，英國皇家工程院生物醫學與生物工程學部主席R. I. Kitney院士稱：“系統生物學與合成生物學偶合，將產生第三次產業(industrial)革命”，顛覆計算機、納米、生物和醫藥等領域的技術與產業變革，即生物工業革命。21世紀的整個產業結構，將轉型爲系統生物工程的生物(化學)物理聯盟工業模式，也就是生態、遺傳、仿生和機械、化工、電磁的工程應用整合的材料、能源、信息產業，體現爲機器的生物系統原理(進化、遺傳計算)、生物材料(納米生物分子、工程生物材料)和基因工程生物體等。計算機科學理論源自動物通訊行爲、神經系統的控制論、信息論研究;細胞內、細胞間通訊行爲的探索，導致了系統生物科學與工程發展，將形成未來的材料、能源與信息全方位生物產業。
重要發明
1712年 英國人湯姆斯·紐科門(Newcomen，Thomas)獲得了稍加改進的蒸汽機的專利權
1733年 約翰·凱伊發明了飛梭
1765年詹姆斯·哈格里夫斯 珍妮紡紗機(揭開了工業革命的序幕)
1768年 阿克萊特水力紡機
1769年 詹姆斯·瓦特改良鈕可門的蒸汽機爲“單動式蒸汽機”
1778年 約瑟夫·勃拉姆 抽水馬桶
1779年 克隆普頓 走錘紡騾(騾機)
1782年 瓦特改良蒸汽機爲“聯動式蒸汽機”,1785年投入使用
1785年 卡特萊特 動力織機
1796年 塞納菲爾德 平板印刷術
1797年 亨利·莫茲萊 螺絲切削機牀
1807年 富爾頓 造出用蒸汽機做動力的輪船
1812年 特列維雪克 科爾尼鍋爐
1814年史蒂芬孫發明蒸汽機車
1815年 漢弗萊·戴維礦工燈
1825年 斯蒂芬森發明的蒸汽機車試車成功(粵教版：史帝芬遜，史蒂芬孫，由於是音譯，所以各個版本會有些不同)
1844年 威廉·費阿柏恩發明蘭開夏鍋爐
意義
(1)工業革命是資本主義發展史上的一個重要階段，實現了從傳統農業社會轉向現代工業社會的重要變革。
(2)從生產技術方面來說，它使機器代替了手工勞動;工廠代替了手工工場。
(3)工業革命創造了巨大生產力，使社會面貌發生了翻天覆地的變化 。工業革命同時也是一場深刻的社會關係的變革。它使社會明顯地分裂爲兩大對立的階級──工業資產階級和工業無產階級。
(4)爲資本主義最終戰勝封建主義提供了堅實的物質基礎。
(5)率先完成工業革命的西方資本主義國家逐步確立起對世界的統治，世界形成了西方先進、東方落後的局面。
(6)帶來了工業污染。環境問題在19世紀中葉以後逐漸成了嚴重的問題。
(7)開始了城市化進程。
(8)使弱小國家緩慢地走上了工業化進程。
