1881年8月，马克沁和一些美国电器发明家到英国伦敦组建电器生产子公司时，发现欧洲人的主要兴趣是武器，尤其是速射武器。于是马克沁开始从事自动式武器设计。当时马克沁在用一种老式步枪射击时，被步枪产生的后坐力撞得肩膀青一块紫一块，由此获得了灵感。火药推力只用了百分之二十五来推进子弹出膛，其余都被浪费掉了。能不能利用后坐力来提高枪械的射速呢？他不顾时人的嘲讽，凭借自己的聪明才华，发明了第一挺机枪。1884年马克沁开始研制机枪，采用一根0.45英寸加特林枪管试验成功。马克沁在伦敦哈顿花园路57号的住所内开始试制利用火药能量完成自动循环的新型机枪。马克沁在研制中所显现出来的才华和创造性令人惊叹。他的机枪采用枪管短后坐自动原理，发射动作每秒循环10余次，射速高达每分钟600余发，远远超过原有的各种手动机枪。他还巧妙地借鉴了一些前人的成果，如温彻斯特步枪的肘节式闭锁机构等。马克沁创造性地设计了一种由弹带和拔弹齿共同作用的供弹系统，取代了最早试验用的加特林式供弹漏斗，333发子弹装在一根长7码（6.4米）的帆布带中，射击时布带被自动拉入进弹口，布带头上带有锁扣，可以两两相接以维持长时间的连续射击。马克沁还发明了油压缓冲和射速调节装置，并开创了机枪分解结合时不使用工具的先河。一个多世纪后的今天，这些设计仍然沿用于各种现代自动武器上。1884年，马克沁的机枪设计基本完成。这款新枪第一次采用由射出子弹引起的后坐力能量，只要扣住扳机，继续提供弹药，马克沁机枪能不停地装子弹射击。这种动力自给的武器是真正的机枪。为机枪连续供弹。为给因连续高速射击而发热的枪管降温冷却，马克沁还采用水冷方式。马克沁在1884年制造出世界上第一支能够自动连续射击的机枪，射速达每分钟600发以上。
今天，我们应该牢牢记住的是，正是马克沁机枪中，人类第一次运用了复进簧、可靠的抛壳系统、弹带供弹机构、加速机构、可靠调整弹底间隙、射速调节油压缓冲器等机构。该枪的原理说起来复杂而抽象：在子弹发射瞬间，枪机与枪管扣合，共同后坐19毫米后枪管停止，通过肘节机构进行开锁，同时枪机继续后坐，通过加速机构使枪管的部分能量传递给机枪，使其完成抽壳抛壳，从而带动供弹机构，使击发机待击，压缩复进簧，撞击缓冲器，然后在簧力作用下复进，将第二发子弹推入枪膛，闭锁，再次击发。至今，专业的枪械研制人员依然遵循着由马克沁首创的火药气体能量自动射击三大基本原理——枪管后坐式、枪机后坐式和导气式。英文版《武器装备百科全书》说：“马克沁机枪的出现标志着一个时代的结束。自从拿破仑时代起曾经使用过的战术完全没用了。”马克沁机枪号称战争史上杀人最多的武器，由于马克沁机枪的出现，使得步兵战术大为改变。马克沁机枪的出现与步枪膛线的普及，可称得上是军事史上改变近代步兵战术的两大重要因素。
当马克沁机枪呈现在世人面前时，每分钟几百发的射速，让人惊叹不已。但大多数人认为马克沁机枪一通胡乱扫射的效果不如士兵精确的单发射击，这是对弹药极大的浪费。所以决策层对这种新式武器并不看好。1887年，英国购买了三挺马克沁机枪并试装英国军队，1893年后开始陆续装备英国军队。从此揭开了马克沁机枪装备世界各国军队的序幕。马克沁机枪在战场上大放异彩。1893年罗德西亚的警察使用4挺马克沁机枪击退了5000名祖鲁人的猛烈进攻，结果在战场上至少留下了3000具尸体。在1899年的布尔战争中，布尔人的军队冲锋时遭到英军的马克沁机枪毁灭性打击。马克沁机枪在战场的出色表现，震惊了世界，各国纷纷购买马克沁机枪装备军队。当时，德国是装备此枪最多的国家。第一次世界大战中德军对马克沁机枪的娴熟使用成就了马克沁机枪的威名。