Der Niedergang Roms, Anfang des 5. Jahrhunderts, bereitet nicht nur den prachtvollen Palästen, Badehäusern und Amphitheatern ein Ende, sondern auch der dazugehörigen Industrie. Vor allem der Untertagebau gerät in eine Sackgasse. Im dunklen europäischen Mittelalter sind nur Eisen und Kupfer für die Herstellung von Waffen und Werkzeugen vonnöten. Die an der Oberfläche liegenden Erzadern jener Zeit genügen dafür völlig. Jahrhunderte später führt der Bergbau über die Erfindung der Pumpe schließlich zur Dampfmaschine.
Erst als im 14. und 15. Jahrhundert auch Uhren, Türen und Standbilder aus Kupfer in Schwang kommen und britische Bronzekanonen 1453 den 100jährigen Krieg mit den Franzosen entscheiden, müssen die Bergarbeiter tiefer graben. Sie lernen, die Energie von Wassermühlen zu nutzen, nicht nur, um das Erz zu mahlen und Blasebälge anzutreiben, sondern vor allem, um das Wasser abzupumpen, das regelmäßig in die tieferen Schächte einströmt.
Das Trockenhalten der Stollen ist keine einfache Sache. Provisorisch geschah dies mit Lumpenbündeln an einem Seil. Eine Verbesserung stellte die Archimedische Schraube dar: eine rotierende, spiralförmige Schraube in einer schräg nach oben laufenden Röhre. Varianten davon werden noch immer in Häfen für das Be- und Entladen von Getreide oder Stückgut eingesetzt.
Es war der Deutsche Georg Bauer – latinisiert zu Georgius Agricola –, der im Jahre 1556 in Basel ein maßgebendes Buch über den Bergbau veröffentlichte: „De re metallica”. Das Buch enthält die erste Beschreibung einer Saugpumpe oder Kolbenpumpe. Wahrscheinlich wurde die Pumpe schon eher erfunden, aber Metallarbeiter und Bergarbeiter gehörten zu einer Gilde und plauderten also nicht so schnell aus der Schule.
Wer schon einmal Limonade mit einem Trinkhalm getrunken hat, begreift, wie diese Saugpumpe funktioniert: Man setze ein Rohr in die Flüssigkeit und ziehe einen Kolben in dem Rohr nach oben. Da unter dem Kolben Unterdruck entsteht, bewegt sich die Flüssigkeit in dem Rohr nach oben. Die Wirkung der Saugpumpe ist beschränkt, denn sie kann das Wasser (theoretisch) um höchstens 10,3 Meter nach oben holen.
Verschiedene Typen von Pumpen wechseln einander in rascher Folge ab. Ein Militäringenieur des französischen Königs Heinrich III, Agostino Ramelli, beschreibt im Jahre 1588 in seinem Buch „Die verschiedenen ingeniösen Maschinen” nicht weniger als hundert Arten von Pumpen. Im Jahr 1617 erscheint die „Übersicht aller Arten der von Wasser, Wind, Tieren oder mit der Hand angetriebenen Mühlen und schöner und nützlicher Pumpen” von Jacopo Strada.
Kurze Zeit später, im Jahre 1628, beschreibt der Brite William Harvey, daß der Blutkreislauf im menschlichen Körper nicht von Ebbe und Flut geregelt wird, sondern daß das Herz als eine Pumpe funktioniert, mit Ventilen, die die Strömrichtung des Blutes bestimmen. Diese Einsicht trägt zur Entwicklung der Pumpen bei.
Eines der Probleme ist die Herstellung von Zylindern. Das Material ist Holz, denn genaues Gießen von Metall ist damals noch nicht möglich. Vor allem das präzise Einpassen des Kolbens in den Zylinder ist heikel. Im Jahr 1674 beschreibt Samuel Morland, wie man Leckage des Wassers entlang des Kolbens verhindern kann, indem lederne Ringe, Dichtungen, um den Kolben angebracht werden.
Kurz vorher, im Jahre 1671, bedenken die Brüder Van der Heyden die sogenannte Zwillingskolbenpumpe, mit zwei Zylindern und einer Luftkammer. Die Zentrifugalpumpe datiert aus dem Jahre 1680: ein Schaufelrad rotiert schnell in einem Pumpengehäuse, saugt durch eine Öffnung Flüssigkeit an und schleudert diese gegen die Wand des Pumpengehäuses. Beide Pumpentypen liefern einen kontinuierlichen Strahl und eignen sich daher zum Löschen von Feuer.
Das Abpumpen des Wassers aus den Schächten bleibt ein wichtiges Problem. Um einen industriellen Vorsprung zu behalten, muß eine Maschine kommen, die die Pumpen antreibt und die Pferde ablösen kann. Das bringt Thomas Savery schon 1698 zu dem Entwurf einer „Maschine, die Wasser mit Hilfe von Feuer nach oben bringt”. Das Prinzip dieses „Motors” ist, daß Wasserdampf beim Abkühlen kondensiert und einen Unterdruck erzeugt. Savery benutzt diesen Unterdruck, um Wasser nach oben zu pumpen. Die Maschine benötigt jedoch eine große Menge an Kohlen, um eine kleine Menge an Wasser zu bewegen. Erst 70 Jähre später erfindet James Watt eine echte Dampfmaschine − der große Durchbruch der Industriellen Revolution.
