在這一部分內容中，我們先描述工業革命之前社會關係和農業的變化，然後討論工業革命本身。
社會關係的變化
19 世紀中期，也即英國工業革命完成之際，它已經變成一個全新的社會：從農業文明轉變成工業國家，從收取貢賦的社會轉變為商業化社會。在機械工業化之前，一些關鍵性變化已經發生，並且為這種工業化做了鋪墊。
17 世紀晚期，英國仍然是一個傳統的農業文明，農業是最重要的經濟部門，大約有一半人口從事農業（參見第 10 章，第 345 頁）。許多貴族認為自己是貢賦收取者，有權獲得其他人在他們土地上生產的財富。
到 18 世紀中期，這種社會制度已經發生劇烈變化。許多人遷到城市；倫敦居住著英國 10% 的人口。仍然生活在農場上的大多數農民已經成為工資勞動者而非納貢者；他們耕種的不是自己的土地，也不需要向地主繳納租稅，他們現在耕種他人的土地，為自己掙得工資。大多數貴族早就開始把他們的地產視為創造利潤的行業而不是維持生存的農場。國家收入至少有一半來自工業、商業、地租和服務。英國政府的收入大部分來自商業，包括關稅；它以陸海軍保護商業活動。這種商業之所以可能，原因在於英國正在成為新興的大西洋交換圈的樞紐。簡而言之，到 18 世紀中期，英國已經成為世界上最具商業氣息和資本主義特徵的國家之一。在促進新的商業和生產形式以及新的創新方面，創新的驅動力（參見第 10 章）現在扮演了日益重要的角色。
農業的變化
隨著農業從基本上自給自足的莊園轉變為生產專門農作物的現代資本主義性質的農場，商業方法也逐漸改變了英國的農業。土地所有權得到加強，富有的土地所有者——被稱為「改良地主」（improving landlords）——購買了更多土地；許多農民被趕出土地，成為大型農莊或城市的工資勞動者。
議會中的富有地主通過批准幾百部圈地法案（它們影響到幾百萬英畝的土地）來支持這種發展。依照傳統，許多個人一直在使用公有土地。圈地法案讓地主有權購買公有土地來擴大他們的農地。許多小農的存在依賴公有土地的使用權，他們最終只得成為工資勞動者。
大地主更感興趣的，是出售他們的農產品，而不僅僅是生產他們自己的消費品。他們更多地為市場生產，這意味著更有效和更廉價地生產農作物。當富有的地主獲得大塊土地時，他們就可以採用在其他地方（尤其是法國和荷蘭）發展起來的農業改良措施。比如，「蕪菁」子爵湯曾德（Viscount 「Turnip」Townshend, 1674—1738）就在他位於諾福克郡的農莊種植荷蘭新農作物——蕪菁和苜蓿。通過儲存蕪菁，子爵就能夠在冬天餵養他的牲畜，這樣就可以避免像往常那樣在入冬時大量屠宰它們。苜蓿可以將氮固定在土壤中，從而提高肥力。湯曾德在同一塊土地上施行四年輪作制，即每年分別種植蕪菁、大麥、苜蓿和小麥。這種做法很快成為許多地產的標準程序。這些技術中的許多早就存在，現在，隨著銷售額的增加，越來越多的地主開始採用它們，從而為創新提供了更多刺激因素。
大地主也使用了其他一些技術，這些技術引起了農業產量的巨大變化。一些人解決了如何用馬拉播種機而不是人工播種。一些人培育出的綿羊體重可以增加一倍，並且為市場生產頗受歡迎的肥美羊肉。當大地主有更多資金和動機投資於創新時，施肥、灌溉和排水也得到改善。
隨著這些技術的應用，英國的農業產量大幅提高。1700 年到 1850 年間，增長了 3.5 倍，食物供應更廉價，由此降低了農場勞動力的價格。農業人口從總人口的 61% 下降到 29%，從農場解放出來的（被驅逐的）這些人進入城市，成為潛在的工業工人和買家，從而擴大了勞動力供應和消費品市場，因為這些新的城市工人需要購買以前由他們自己生產的產品。英國人口在 1750 年到 1800 年間翻了一番。事實證明，農業革命是工業革命這枚硬幣的另一面，它開始的時間更早，並且為工業革命鋪平了道路。
工業中的革命
兩大領域——蒸汽機和棉紡織業的同步發展結合在一起，創造了英國工業化的最早跡象。蒸汽機燃燒煤炭，它們的使用促使人類社會跨越了一道門檻，不再受太陽能年徑流量的限制。
蒸汽機的發展
煤炭是被儲存起來的太陽能，形成於 3.45 億年到 2.8 億年前的石炭紀（意思是「與炭或煤有關」）。植物儲存來自太陽的能量。當它們死亡時，就會腐爛；也就是說，空氣中的氧氣與它們的有機成分結合起來，把它們轉變成二氧化碳和水，同時，細菌和真菌利用植物的其他化學成分實現自己的生長。如果植物掉入水中，腐化就被阻止了，因為水中缺少氧氣。當死亡的植物沉到更深處，來自它們上面的各種物質的重量逐漸將它們壓成泥煤，泥煤最終變成煤炭。煤炭形成於海岸線發生變化、陸地和海洋在幾百萬年內相互交替以及樹木高達 53 米的地區。在煤炭形成時代的某個時期，所有大陸被擠壓成一個超級大陸，即泛大陸；因此，美國東部的煤炭礦藏與英格蘭中部的屬同一礦脈。
在地球上少數幾個煤炭裸露於地表的地區，人們自然就會使用煤。馬可·波羅在中國發現了燃燒的黑色石塊，一種他以前從未見過的事物。英國人在 16 世紀就開始燃燒地表煤炭，用以製造玻璃、冶鐵、釀酒以及生產磚瓦，不過，只要木材供應充足，它們就不會被用來做飯和取暖，因為它們看起來太髒，也會產生黑煙。
最終，為了建造房屋和船隻，為了用作燃料，為了製作冶鐵的木炭，所有的樹木被砍倒，英國逐漸耗盡了木材。到 1600 年，英格蘭南部已經沒有木材滿足倫敦取暖和做飯需求；到 18 世紀末期，英國森林覆蓋率僅僅是 5% 到 10%，政府只好從波羅的海國家購買大量木材來建造海軍艦隊。
對能源的不斷需求，刺激了一些關鍵的創新。為了把森林用於木材和木炭，英國人用煤炭取暖和做飯。隨著礦工耗盡地表附近的煤炭，礦井也越鑽越深，最終，地下水滲出淹沒了礦井。礦工只得用桶把水運出地面，或者以馬拉水泵將水抽出來。人們需要某種更好的設備。
1698 年，托馬斯·薩弗裡（Thomas Savery，約 1650—1715）的一項發明獲得專利，這種設備通過燃燒煤炭加熱水的方式製造出蒸氣，然後蒸氣被壓縮形成真空推動水泵。（大約在同一時間，一位逃亡荷蘭的法國胡格諾派教徒德尼·帕潘也發明了這種設備。）大約 10 年之後，托馬斯·紐科門（Thomas Newcomen，1664—1729）設計了第一台真正的蒸汽機（由蒸氣推動活塞），但是，它的效率太低，僅僅適應於煤礦等燃料充足的地方。
與此同時，工廠開始在中部地區即伯明翰及其周圍的地區發展起來。英格蘭第一家工廠即蘇豪製造廠（the Soho Manufactory）建於 1755 年，南距伯明翰不到 3.2 千米；它有一台水利驅動的金屬軋機，機器安放在許多車間，那裡有工人 400 人，主要製造金屬和合金、石頭和玻璃、陶器以及玳瑁。
蘇格蘭人詹姆斯·瓦特（1736—1819）是格拉斯哥大學一位儀器製造匠，他設計了第一台能夠在煤礦區以外創造利潤的蒸汽機。1765 年，瓦特在一次散步中想到了帶有分離冷凝器的蒸汽機，不過，這種蒸汽機的第一台模型直到 1776 年才被製造出來。瓦特是月亮社（the Lunar Society）的成員，月亮社是發明家和地方製造商的社會俱樂部，查爾斯·達爾文的祖父伊拉斯謨·達爾文與外祖父喬賽亞·韋奇伍德都是該俱樂部成員，瓦特通過這個組織認識了伯明翰一些資本主義企業家。（這個俱樂部在離滿月最近的星期一晚上聚會，以便與會者可以趁著月色騎車回家。）瓦特後來搬到伯明翰，在當地朋友的幫助下，他在蘇豪製造廠研發了一台帶有分離冷凝器的蒸汽機，它取代了效率低下的紐科門蒸汽機，用來抽取煤礦積水（參見圖 11.2）。15 年後，瓦特改進了他的蒸汽機，讓它可以做圓周運動，從而能夠驅動工廠的輪子。瓦特變得很富有，買了三個農場，在歐洲四處遊歷。
圖 11.2 瓦特的蒸汽機。
瓦特的蒸汽機大大促進了英格蘭工業力量的增長。它現在收藏在伯明翰科學博物館
蒸汽機的應用
當瓦特在研製蒸汽機時，其他一些人正在想方設法提高紡織品的產量。由奴隸種植的大量原棉從西印度群島和美洲殖民地輸入英國，隨著工資勞動者數量增長，需求也相應增加。傳統的生產制度是商人將原棉分發到鄉村手工紡紗和織布者手中。18 世紀 10 年代早期，議會禁止從印度輸入更廉價的棉紡織品，從而為英國的紡織品生產商擴大了潛在的國內市場。這就刺激了創新。到 18 世紀 10 年代中期，英國投資人設計出了幾種可以提高紡紗織布效率的機器。1793 年，伊萊·惠特尼（Eli Whitney）的軋棉機（cotton engine）——美國南部一些人將它縮寫為 cotton gin——出現了，此後，機器可以將棉籽分離。最後一步發生在 18 世紀 90 年代和 19 世紀 10 年代早期：瓦特的蒸汽機被安裝在紡織機上。
蒸汽機改變了棉紡織工業；沒有它們，棉紡織品就不可能改變英國的經濟。在 1780 年到 1800 年間，棉紡織品的價格下降 80%，它們進入大眾市場。到 1850 年，英國的棉紡織業使用的原棉是 1800 年的 10 倍，從而確保美國南部棉花種植園的奴隸制度依舊有利可圖。1820 年到 1840 年間，英國和印度棉紡織業之間的關係徹底改觀；英國向印度和東南亞的出口增長 1500%。這標誌著工業力量的重要變化，因為即使在 18 世紀早期，印度在世界紡織品生產上的份額依然佔到了 25%。
蒸汽機促進了新的生產方式即工廠制的快速增長，在這種制度下，工人匯聚到工廠，受到監督，而蒸汽機則為大量機器提供動力。這些人以前習慣於在家裡按照自己的節奏勞動，他們現在必須要在特定時間出現在某個場所。由於許多工人沒有鐘錶，因此，僱主只得派人在天還未亮的凌晨敲打窗戶叫醒工人（參見圖 11.3）。
圖 11.3 正在工廠工作的婦女。
這幅 1835 年的版畫所描繪的，是正在一家紡織廠工作的婦女。向機器生產的轉變通常開始於紡織業，英國、美國和日本都是如此
在另一波工業化浪潮中，蒸汽機也改變了英國鋼鐵工業和交通運輸業。甚至在工業革命之前，英國就成了鐵鑄大炮、槍支和機器設備的主要生產者和出口者。英國人把小熔爐修建在森林（提供燃料）和河流（為風箱提供動力）附近，以燃燒木炭來煉鐵。
18 世紀早期，來自伯明翰附近的亞伯拉罕·達比（Abraham Darby，1678—1717）成功地解決了如何通過燃燒焦煤而不是木炭來冶鐵的問題。達比通過煤炭在有限氧氣中不充分燃燒來製作焦煤，這樣就去除了影響鋼鐵質量的雜質。英國鐵產量在 18 世紀增長了 10 倍；鐵也開始被用來建造房子和橋樑。19 世紀，創新在持續，1856 年達到頂峰，那一年，亨利·貝塞默（Henry Bessemer，1813—1898）修建了一座可以廉價生產鋼（鋼的硬度和強度大於鐵）的鼓風爐。
瓦特的蒸汽機用煤太多，難以很好地適應交通運輸。他的蒸汽機的專利權在 1800 年到期，此後，其他人設計了使用燃料更少的高壓機。到 1835 年，蒸汽機車在英格蘭北部並不鮮見，到 1840 年，蒸汽船開始定期穿越大西洋。1830 年到 1870 年間，英國企業家鋪設了大約 21000 千米鐵路，用來運載乘客、原料和工業品，以及提供進一步推動工業化的廉價運輸。1900 年，蒸汽機在效率上是 1800 年蒸汽機的 10 倍多，而每瓦特輸出功率對應的重量只有以前的五分之一。２ 1830 年到 1870 年間，英國煤炭產量增長了大約 4.5 倍。
總之，煤炭被應用到蒸汽機和鋼鐵生產中，為工廠中的紡織以及隨後為鐵路和汽船提供了動力，並且在 100 年時間裡引發了英國人生活方式的一場顯著革命。簡而言之，工業革命的構成要素為：以煤炭為基礎的蒸汽動力、改良的機器以及工廠組織。創新的速度在我們看來似乎很緩慢，不過，在當時人眼中是史無前例的。
農業和工業產量的不斷增長，顛覆了馬爾薩斯循環。當人口增長時，它並沒有觸及馬爾薩斯在 1798 年預測的死亡點。（正當他推算出過去的模式之際，這種模式至少暫時發生了變化。）生活水平也在提高。18 世紀 40 年代到 19 世紀 60 年代之間，英國人口增加兩倍多，從 600 萬增長到 2000 萬。英國人均收入在 1780 年到 1860 年間翻了一番。1700 年，六分之一人口住在城鎮；1800 年為三分之一；到 1851 年，大部分人居住在城鎮和城市；到 1899 年，倫敦成為世界最大城市，人口 600 萬。一個新的世界——現代社會——在這個小小的、潮濕的島嶼形成了。
1851 年，倫敦舉辦了第一次世界博覽會來慶祝英國的成就和展示它的技術。由維多利亞女王（1837—1901 在位）宣佈「萬國工業博覽會」開幕，展覽場所為水晶宮，它是建築工程上的奇跡，全部以鐵和玻璃建造，佔地 7.7 公畝，其中也包括海德公園的樹木（水晶宮修建在海德公園）。當時，英格蘭在紡織、冶金、採礦和機械製造方面領先世界（參見圖 11.4）。
圖 11.4 水晶宮，1851 年。
在這次著名的工業博覽會上，參觀者可以看到來自大英帝國各地的精美工藝品和工業品