在这一部分内容中，我们先描述工业革命之前社会关系和农业的变化，然后讨论工业革命本身。
社会关系的变化
19 世纪中期，也即英国工业革命完成之际，它已经变成一个全新的社会：从农业文明转变成工业国家，从收取贡赋的社会转变为商业化社会。在机械工业化之前，一些关键性变化已经发生，并且为这种工业化做了铺垫。
17 世纪晚期，英国仍然是一个传统的农业文明，农业是最重要的经济部门，大约有一半人口从事农业（参见第 10 章，第 345 页）。许多贵族认为自己是贡赋收取者，有权获得其他人在他们土地上生产的财富。
到 18 世纪中期，这种社会制度已经发生剧烈变化。许多人迁到城市；伦敦居住着英国 10% 的人口。仍然生活在农场上的大多数农民已经成为工资劳动者而非纳贡者；他们耕种的不是自己的土地，也不需要向地主缴纳租税，他们现在耕种他人的土地，为自己挣得工资。大多数贵族早就开始把他们的地产视为创造利润的行业而不是维持生存的农场。国家收入至少有一半来自工业、商业、地租和服务。英国政府的收入大部分来自商业，包括关税；它以陆海军保护商业活动。这种商业之所以可能，原因在于英国正在成为新兴的大西洋交换圈的枢纽。简而言之，到 18 世纪中期，英国已经成为世界上最具商业气息和资本主义特征的国家之一。在促进新的商业和生产形式以及新的创新方面，创新的驱动力（参见第 10 章）现在扮演了日益重要的角色。
农业的变化
随着农业从基本上自给自足的庄园转变为生产专门农作物的现代资本主义性质的农场，商业方法也逐渐改变了英国的农业。土地所有权得到加强，富有的土地所有者——被称为“改良地主”（improving landlords）——购买了更多土地；许多农民被赶出土地，成为大型农庄或城市的工资劳动者。
议会中的富有地主通过批准几百部圈地法案（它们影响到几百万英亩的土地）来支持这种发展。依照传统，许多个人一直在使用公有土地。圈地法案让地主有权购买公有土地来扩大他们的农地。许多小农的存在依赖公有土地的使用权，他们最终只得成为工资劳动者。
大地主更感兴趣的，是出售他们的农产品，而不仅仅是生产他们自己的消费品。他们更多地为市场生产，这意味着更有效和更廉价地生产农作物。当富有的地主获得大块土地时，他们就可以采用在其他地方（尤其是法国和荷兰）发展起来的农业改良措施。比如，“芜菁”子爵汤曾德（Viscount “Turnip”Townshend, 1674—1738）就在他位于诺福克郡的农庄种植荷兰新农作物——芜菁和苜蓿。通过储存芜菁，子爵就能够在冬天喂养他的牲畜，这样就可以避免像往常那样在入冬时大量屠宰它们。苜蓿可以将氮固定在土壤中，从而提高肥力。汤曾德在同一块土地上施行四年轮作制，即每年分别种植芜菁、大麦、苜蓿和小麦。这种做法很快成为许多地产的标准程序。这些技术中的许多早就存在，现在，随着销售额的增加，越来越多的地主开始采用它们，从而为创新提供了更多刺激因素。
大地主也使用了其他一些技术，这些技术引起了农业产量的巨大变化。一些人解决了如何用马拉播种机而不是人工播种。一些人培育出的绵羊体重可以增加一倍，并且为市场生产颇受欢迎的肥美羊肉。当大地主有更多资金和动机投资于创新时，施肥、灌溉和排水也得到改善。
随着这些技术的应用，英国的农业产量大幅提高。1700 年到 1850 年间，增长了 3.5 倍，食物供应更廉价，由此降低了农场劳动力的价格。农业人口从总人口的 61% 下降到 29%，从农场解放出来的（被驱逐的）这些人进入城市，成为潜在的工业工人和买家，从而扩大了劳动力供应和消费品市场，因为这些新的城市工人需要购买以前由他们自己生产的产品。英国人口在 1750 年到 1800 年间翻了一番。事实证明，农业革命是工业革命这枚硬币的另一面，它开始的时间更早，并且为工业革命铺平了道路。
工业中的革命
两大领域——蒸汽机和棉纺织业的同步发展结合在一起，创造了英国工业化的最早迹象。蒸汽机燃烧煤炭，它们的使用促使人类社会跨越了一道门槛，不再受太阳能年径流量的限制。
蒸汽机的发展
煤炭是被储存起来的太阳能，形成于 3.45 亿年到 2.8 亿年前的石炭纪（意思是“与炭或煤有关”）。植物储存来自太阳的能量。当它们死亡时，就会腐烂；也就是说，空气中的氧气与它们的有机成分结合起来，把它们转变成二氧化碳和水，同时，细菌和真菌利用植物的其他化学成分实现自己的生长。如果植物掉入水中，腐化就被阻止了，因为水中缺少氧气。当死亡的植物沉到更深处，来自它们上面的各种物质的重量逐渐将它们压成泥煤，泥煤最终变成煤炭。煤炭形成于海岸线发生变化、陆地和海洋在几百万年内相互交替以及树木高达 53 米的地区。在煤炭形成时代的某个时期，所有大陆被挤压成一个超级大陆，即泛大陆；因此，美国东部的煤炭矿藏与英格兰中部的属同一矿脉。
在地球上少数几个煤炭裸露于地表的地区，人们自然就会使用煤。马可·波罗在中国发现了燃烧的黑色石块，一种他以前从未见过的事物。英国人在 16 世纪就开始燃烧地表煤炭，用以制造玻璃、冶铁、酿酒以及生产砖瓦，不过，只要木材供应充足，它们就不会被用来做饭和取暖，因为它们看起来太脏，也会产生黑烟。
最终，为了建造房屋和船只，为了用作燃料，为了制作冶铁的木炭，所有的树木被砍倒，英国逐渐耗尽了木材。到 1600 年，英格兰南部已经没有木材满足伦敦取暖和做饭需求；到 18 世纪末期，英国森林覆盖率仅仅是 5% 到 10%，政府只好从波罗的海国家购买大量木材来建造海军舰队。
对能源的不断需求，刺激了一些关键的创新。为了把森林用于木材和木炭，英国人用煤炭取暖和做饭。随着矿工耗尽地表附近的煤炭，矿井也越钻越深，最终，地下水渗出淹没了矿井。矿工只得用桶把水运出地面，或者以马拉水泵将水抽出来。人们需要某种更好的设备。
1698 年，托马斯·萨弗里（Thomas Savery，约 1650—1715）的一项发明获得专利，这种设备通过燃烧煤炭加热水的方式制造出蒸气，然后蒸气被压缩形成真空推动水泵。（大约在同一时间，一位逃亡荷兰的法国胡格诺派教徒德尼·帕潘也发明了这种设备。）大约 10 年之后，托马斯·纽科门（Thomas Newcomen，1664—1729）设计了第一台真正的蒸汽机（由蒸气推动活塞），但是，它的效率太低，仅仅适应于煤矿等燃料充足的地方。
与此同时，工厂开始在中部地区即伯明翰及其周围的地区发展起来。英格兰第一家工厂即苏豪制造厂（the Soho Manufactory）建于 1755 年，南距伯明翰不到 3.2 千米；它有一台水利驱动的金属轧机，机器安放在许多车间，那里有工人 400 人，主要制造金属和合金、石头和玻璃、陶器以及玳瑁。
苏格兰人詹姆斯·瓦特（1736—1819）是格拉斯哥大学一位仪器制造匠，他设计了第一台能够在煤矿区以外创造利润的蒸汽机。1765 年，瓦特在一次散步中想到了带有分离冷凝器的蒸汽机，不过，这种蒸汽机的第一台模型直到 1776 年才被制造出来。瓦特是月亮社（the Lunar Society）的成员，月亮社是发明家和地方制造商的社会俱乐部，查尔斯·达尔文的祖父伊拉斯谟·达尔文与外祖父乔赛亚·韦奇伍德都是该俱乐部成员，瓦特通过这个组织认识了伯明翰一些资本主义企业家。（这个俱乐部在离满月最近的星期一晚上聚会，以便与会者可以趁着月色骑车回家。）瓦特后来搬到伯明翰，在当地朋友的帮助下，他在苏豪制造厂研发了一台带有分离冷凝器的蒸汽机，它取代了效率低下的纽科门蒸汽机，用来抽取煤矿积水（参见图 11.2）。15 年后，瓦特改进了他的蒸汽机，让它可以做圆周运动，从而能够驱动工厂的轮子。瓦特变得很富有，买了三个农场，在欧洲四处游历。
图 11.2 瓦特的蒸汽机。
瓦特的蒸汽机大大促进了英格兰工业力量的增长。它现在收藏在伯明翰科学博物馆
蒸汽机的应用
当瓦特在研制蒸汽机时，其他一些人正在想方设法提高纺织品的产量。由奴隶种植的大量原棉从西印度群岛和美洲殖民地输入英国，随着工资劳动者数量增长，需求也相应增加。传统的生产制度是商人将原棉分发到乡村手工纺纱和织布者手中。18 世纪 10 年代早期，议会禁止从印度输入更廉价的棉纺织品，从而为英国的纺织品生产商扩大了潜在的国内市场。这就刺激了创新。到 18 世纪 10 年代中期，英国投资人设计出了几种可以提高纺纱织布效率的机器。1793 年，伊莱·惠特尼（Eli Whitney）的轧棉机（cotton engine）——美国南部一些人将它缩写为 cotton gin——出现了，此后，机器可以将棉籽分离。最后一步发生在 18 世纪 90 年代和 19 世纪 10 年代早期：瓦特的蒸汽机被安装在纺织机上。
蒸汽机改变了棉纺织工业；没有它们，棉纺织品就不可能改变英国的经济。在 1780 年到 1800 年间，棉纺织品的价格下降 80%，它们进入大众市场。到 1850 年，英国的棉纺织业使用的原棉是 1800 年的 10 倍，从而确保美国南部棉花种植园的奴隶制度依旧有利可图。1820 年到 1840 年间，英国和印度棉纺织业之间的关系彻底改观；英国向印度和东南亚的出口增长 1500%。这标志着工业力量的重要变化，因为即使在 18 世纪早期，印度在世界纺织品生产上的份额依然占到了 25%。
蒸汽机促进了新的生产方式即工厂制的快速增长，在这种制度下，工人汇聚到工厂，受到监督，而蒸汽机则为大量机器提供动力。这些人以前习惯于在家里按照自己的节奏劳动，他们现在必须要在特定时间出现在某个场所。由于许多工人没有钟表，因此，雇主只得派人在天还未亮的凌晨敲打窗户叫醒工人（参见图 11.3）。
图 11.3 正在工厂工作的妇女。
这幅 1835 年的版画所描绘的，是正在一家纺织厂工作的妇女。向机器生产的转变通常开始于纺织业，英国、美国和日本都是如此
在另一波工业化浪潮中，蒸汽机也改变了英国钢铁工业和交通运输业。甚至在工业革命之前，英国就成了铁铸大炮、枪支和机器设备的主要生产者和出口者。英国人把小熔炉修建在森林（提供燃料）和河流（为风箱提供动力）附近，以燃烧木炭来炼铁。
18 世纪早期，来自伯明翰附近的亚伯拉罕·达比（Abraham Darby，1678—1717）成功地解决了如何通过燃烧焦煤而不是木炭来冶铁的问题。达比通过煤炭在有限氧气中不充分燃烧来制作焦煤，这样就去除了影响钢铁质量的杂质。英国铁产量在 18 世纪增长了 10 倍；铁也开始被用来建造房子和桥梁。19 世纪，创新在持续，1856 年达到顶峰，那一年，亨利·贝塞默（Henry Bessemer，1813—1898）修建了一座可以廉价生产钢（钢的硬度和强度大于铁）的鼓风炉。
瓦特的蒸汽机用煤太多，难以很好地适应交通运输。他的蒸汽机的专利权在 1800 年到期，此后，其他人设计了使用燃料更少的高压机。到 1835 年，蒸汽机车在英格兰北部并不鲜见，到 1840 年，蒸汽船开始定期穿越大西洋。1830 年到 1870 年间，英国企业家铺设了大约 21000 千米铁路，用来运载乘客、原料和工业品，以及提供进一步推动工业化的廉价运输。1900 年，蒸汽机在效率上是 1800 年蒸汽机的 10 倍多，而每瓦特输出功率对应的重量只有以前的五分之一。② 1830 年到 1870 年间，英国煤炭产量增长了大约 4.5 倍。
总之，煤炭被应用到蒸汽机和钢铁生产中，为工厂中的纺织以及随后为铁路和汽船提供了动力，并且在 100 年时间里引发了英国人生活方式的一场显著革命。简而言之，工业革命的构成要素为：以煤炭为基础的蒸汽动力、改良的机器以及工厂组织。创新的速度在我们看来似乎很缓慢，不过，在当时人眼中是史无前例的。
农业和工业产量的不断增长，颠覆了马尔萨斯循环。当人口增长时，它并没有触及马尔萨斯在 1798 年预测的死亡点。（正当他推算出过去的模式之际，这种模式至少暂时发生了变化。）生活水平也在提高。18 世纪 40 年代到 19 世纪 60 年代之间，英国人口增加两倍多，从 600 万增长到 2000 万。英国人均收入在 1780 年到 1860 年间翻了一番。1700 年，六分之一人口住在城镇；1800 年为三分之一；到 1851 年，大部分人居住在城镇和城市；到 1899 年，伦敦成为世界最大城市，人口 600 万。一个新的世界——现代社会——在这个小小的、潮湿的岛屿形成了。
1851 年，伦敦举办了第一次世界博览会来庆祝英国的成就和展示它的技术。由维多利亚女王（1837—1901 在位）宣布“万国工业博览会”开幕，展览场所为水晶宫，它是建筑工程上的奇迹，全部以铁和玻璃建造，占地 7.7 公亩，其中也包括海德公园的树木（水晶宫修建在海德公园）。当时，英格兰在纺织、冶金、采矿和机械制造方面领先世界（参见图 11.4）。
图 11.4 水晶宫，1851 年。
在这次著名的工业博览会上，参观者可以看到来自大英帝国各地的精美工艺品和工业品