1881年8月，馬克沁和一些美國電器發明家到英國倫敦組建電器生產子公司時，發現歐洲人的主要興趣是武器，尤其是速射武器。於是馬克沁開始從事自動式武器設計。當時馬克沁在用一種老式步槍射擊時，被步槍產生的後坐力撞得肩膀青一塊紫一塊，由此獲得了靈感。火藥推力隻用了百分之二十五來推進子彈出膛，其餘都被浪費掉了。能不能利用後坐力來提高槍械的射速呢？他不顧時人的嘲諷，憑借自己的聰明才華，發明了第一挺機槍。1884年馬克沁開始研製機槍，采用一根0.45英寸加特林槍管試驗成功。馬克沁在倫敦哈頓花園路57號的住所內開始試製利用火藥能量完成自動循環的新型機槍。馬克沁在研製中所顯現出來的才華和創造性令人驚歎。他的機槍采用槍管短後坐自動原理，發射動作每秒循環10餘次，射速高達每分鍾600餘發，遠遠超過原有的各種手動機槍。他還巧妙地借鑒了一些前人的成果，如溫徹斯特步槍的肘節式閉鎖機構等。馬克沁創造性地設計了一種由彈帶和拔彈齒共同作用的供彈係統，取代了最早試驗用的加特林式供彈漏鬥，333發子彈裝在一根長7碼（6.4米）的帆布帶中，射擊時布帶被自動拉入進彈口，布帶頭上帶有鎖扣，可以兩兩相接以維持長時間的連續射擊。馬克沁還發明了油壓緩衝和射速調節裝置，並開創了機槍分解結合時不使用工具的先河。一個多世紀後的今天，這些設計仍然沿用於各種現代自動武器上。1884年，馬克沁的機槍設計基本完成。這款新槍第一次采用由射出子彈引起的後坐力能量，隻要扣住扳機，繼續提供彈藥，馬克沁機槍能不停地裝子彈射擊。這種動力自給的武器是真正的機槍。為機槍連續供彈。為給因連續高速射擊而發熱的槍管降溫冷卻，馬克沁還采用水冷方式。馬克沁在1884年製造出世界上第一支能夠自動連續射擊的機槍，射速達每分鍾600發以上。
今天，我們應該牢牢記住的是，正是馬克沁機槍中，人類第一次運用了複進簧、可靠的拋殼係統、彈帶供彈機構、加速機構、可靠調整彈底間隙、射速調節油壓緩衝器等機構。該槍的原理說起來複雜而抽象：在子彈發射瞬間，槍機與槍管扣合，共同後坐19毫米後槍管停止，通過肘節機構進行開鎖，同時槍機繼續後坐，通過加速機構使槍管的部分能量傳遞給機槍，使其完成抽殼拋殼，從而帶動供彈機構，使擊發機待擊，壓縮複進簧，撞擊緩衝器，然後在簧力作用下複進，將第二發子彈推入槍膛，閉鎖，再次擊發。至今，專業的槍械研製人員依然遵循著由馬克沁首創的火藥氣體能量自動射擊三大基本原理——槍管後坐式、槍機後坐式和導氣式。英文版《武器裝備百科全書》說：“馬克沁機槍的出現標誌著一個時代的結束。自從拿破侖時代起曾經使用過的戰術完全沒用了。”馬克沁機槍號稱戰爭史上殺人最多的武器，由於馬克沁機槍的出現，使得步兵戰術大為改變。馬克沁機槍的出現與步槍膛線的普及，可稱得上是軍事史上改變近代步兵戰術的兩大重要因素。
當馬克沁機槍呈現在世人麵前時，每分鍾幾百發的射速，讓人驚歎不已。但大多數人認為馬克沁機槍一通胡亂掃射的效果不如士兵精確的單發射擊，這是對彈藥極大的浪費。所以決策層對這種新式武器並不看好。1887年，英國購買了三挺馬克沁機槍並試裝英國軍隊，1893年後開始陸續裝備英國軍隊。從此揭開了馬克沁機槍裝備世界各國軍隊的序幕。馬克沁機槍在戰場上大放異彩。1893年羅德西亞的警察使用4挺馬克沁機槍擊退了5000名祖魯人的猛烈進攻，結果在戰場上至少留下了3000具屍體。在1899年的布爾戰爭中，布爾人的軍隊衝鋒時遭到英軍的馬克沁機槍毀滅性打擊。馬克沁機槍在戰場的出色表現，震驚了世界，各國紛紛購買馬克沁機槍裝備軍隊。當時，德國是裝備此槍最多的國家。第一次世界大戰中德軍對馬克沁機槍的嫻熟使用成就了馬克沁機槍的威名。