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西蒙·库兹涅茨指出，技术创新常常能够创造全新产业并生产新的产品（Kuznets，1930；Burns，1934）。需要明确的是，库兹涅茨所指的技术创新应该是突破型技术创新，因为只有突破型技术创新才能起到如此重大的作用，也只有突破型技术创新才能与产业革命联结起来，实现产业的根本性变化。
18世纪初，以蒸汽机的发明为突破，形成了第一次技术革命，实现了工业生产从手工工具到机械化的转变。从1780年到1870年，在最早实现这一技术突破的英国，纺织用棉量增加了200倍，钢铁产量增加了350倍，煤产量增加了42倍。从1770年到1840年，英国工人日均生产效率提高了20倍。正如马克思所说，“资产阶级在它的不到一百年的阶级统治中所创造的生产力，比过去一切世代创造的全部生产力还要多，还要大”。
以电力技术为突破，发电机、电动机、无线电通信等电气化产业的形成和发展，大大推进了工业化进程。1880年美国建立第一个发电厂，到19世纪90年代电动机已经在工业中得到普遍使用。19世纪末，在电力工业和内燃机的基础上，汽车制造业开始形成。1900～1914年，美国汽车产量剧增140多倍。1870～1913年，美国工业增长了8.1倍，工业产量跃居世界首位。与此同时，世界工业生产增长了2.2倍，钢产量增长了50多倍，石油开采增长了255倍，铁路里程增长4倍，世界贸易总额增长了3倍多。
“二战”后，以电子技术为主导，生产在机械化、电气化的基础上逐步实现了自动化。动力系统、传输系统、工具系统、检测系统、信息系统、控制系统和基础设施组成的综合技术体系，彻底改变了生产的形态。技术创新在经济增长中的占比显著提高，在发达国家平均占49%，有些甚至高达60%～70%。20世纪60年代，美国经济增长的2/3来自新技术、新工艺的贡献，科学技术投资与经济效益之比达1∶23。科技因素在美国经济增长中所占的比例，1929～1941年为33.85%，1941～1948年为50.8%，1948～1953年为52.8%，1953～1964年为44.6%，1964～1969年为71.9%，20世纪80年代达到80%。
突破型技术创新不仅能创造全新的产业，还能不断地带动一系列的技术创新。突破型技术创新发生之后，往往会引发一系列的渐进型技术创新，他们会共同改造现有的产业。即新技术在催生新产业的同时，还能促进现有产业采纳新技术，从而使现有产业的生产能力得到提高，步入更高的阶段。新技术可以降低已有产品的生产成本，这被称为“过程创新”；新技术还可以在已有产品的基础上发明新的产品，这被称为“产品创新”。而产品创新又可分为两大类：一是新产品与原有产品为垂直关系，即创新产品与原来产品的功能相近，但质量有所提高；二是新产品与原有产品有水平关系，即创新产品具有新的功能，因而能增加消费的多样性或者增进生产的专业化。实际上，正是得益于新技术在部门间的传播，许多老产业的生产能力得到大幅度提高。新技术在部门间的流动是20世纪美国经济中技术创新活动的一个基本特征。
在人类发展历程中，蒸汽机的发明和广泛使用无论怎样赞美都不过分。它与第一次产业革命紧紧相连，被认为是第一次产业革命的开始和标志。更重要的是，它开创了人类历史上的几个先河：一是以机器替代人的技能和努力，机器的快速、规则、准确和不知疲倦使大规模生产成为可能；二是用没有生命的动力资源替代了有生命的动力资源，从而为人类开辟了一个全新的几乎无限的能源供应渠道；三是人类从此可以大量使用新的更加丰富的原材料，特别是用矿物资源替代了植物和动物资源。
首先，它促进了交通运输业的革新。在蒸汽机被运用之前，交通运输的主要动力来自人力、畜力、风力等。蒸汽动力的运用彻底改变了交通运输技术的面貌，并直接导致蒸汽机车、火车、轮船的发明和应用。1807年，美国工程师富尔顿在美国造成以蒸汽机作为动力的轮船“克莱蒙特”号，并在纽约州的哈得逊河上进行了历史性的航行，成为世界上轮船的首创者。自此，航运业由帆船时代进入轮船时代，开启了航运业的新时代。1814年，英国发明家、工程师斯蒂芬逊研制成能牵引30吨重量的蒸汽机车；1825年，他设计研制成世界上第一台客运蒸汽机车“旅行号”，开辟了陆上运输的新纪元。19世纪40年代后，英国出现了铁路建设的热潮，随后，美国、法国、德国、俄国等国也开始大规模建设铁路，并很快形成了联通全国的铁路网。铁路网的形成使得货物运输的能力大大提高、成本大大降低，从而使得贸易空前繁荣，并推动了整个社会生产方式的巨大变革。
其次，它改变了传统产业的发展轨迹。蒸汽机因纺织业和采矿业发展的需求而产生，并得到不断改进；与之相应，蒸汽机的广泛运用则极大提高了纺织业和采矿业的效率和生产能力，并使其整个业态发生了根本性变化。同样，蒸汽机被广泛应用于冶金、印染、机械制造、化工等一系列工业部门，要么创造新的行业，要么使原有的业态得到彻底改造，成为现代工业生产的一部分，从而极大拓展了工业生产的广度和深度。在工业革命初期，机器制造多用手工并且多为木制。到18世纪末，英国才开始使用蒸汽机和简单车床制造部件；而到19世纪初，已经发明出各种锻压设备和金属加工车床，使机械制造业从此建立起来并具备了一定规模。尤其是煤化工、炼铁和炼钢业，在这一时期得到了空前的发展：进入19世纪后，得益于蒸汽抽水机、蒸汽凿井机的广泛应用，英国的煤产量迅速增长，并在1835年成为欧洲第一大产煤国；1790年，首次采用蒸汽动力鼓风，使冶铁过程的燃料消耗大幅下降；到19世纪中期后，转炉炼钢技术和平炉炼钢技术相继产生并得到推广，使世界钢产量在1865～1870年增加了70%。煤、钢共同构成了工业化的基础，在很长一段时间里，煤产量和钢铁产量都是工业化、现代化的标志。
最后，它促进了生产方式的变革。蒸汽机的使用使原来的“手工作坊”转变为工厂，而工厂制度的产生则推动了机械化大生产的实现。工厂是人类历史上最重要的劳动组织变革之一，在这之后才有了真正意义上的社会化大生产。它不仅提高了生产效率，而且使大批农民和手工业者成为雇佣劳动者，从而确立了资本主义的生产方式，推动人类社会由农业经济时代进入工业经济时代。
总之，蒸汽机技术带来了社会生产力的巨大发展。蒸汽动力的广泛运用带动了纺织工业、冶金工业、煤炭工业、交通运输业、机器制造业的飞跃发展。在1770～1840年的70年间，第一次技术革命和产业革命的发生地英国的工业平均劳动生产率提高了20倍，英国也因此成为世界上最先进的资本主义国家。可以说，蒸汽机的产生和应用具有划时代的意义，对人类社会的各个方面都产生了极其深远的影响。正如马克思所说，蒸汽机的发明与应用，在短时间内改变了整个世界的面貌。正是这项技术的发明和广泛应用，创造了一系列全新的产业，并彻底改造了原有的传统产业，使之迈上新的发展阶段。
如果说蒸汽机与煤炭开采业紧密相连，并彻底改变了产业形态，那么，内燃机的出现和应用则与石油开采业紧密相连，并将工业生产推向了一个崭新的高度。内燃机的产生使得汽车制造和飞机制造得以实现，并且随着内燃机的不断改进，石油冶炼及石油化工行业得到了巨大发展。而正是汽车、飞机、石油化工以及与其相关联的其他产业共同构成了20世纪世界经济最为重要的产业群。
内燃机的发明推动了汽车行业的产生和发展。在内燃机出现之初，蒸汽机和电力都曾作为汽车的推动力，这三种推动力的形式都要求有一套精巧的加油或填料装置，但汽油发动的汽车在运行距离等方面更胜一筹，从而使内燃机在技术性能上更具优势。而且，内燃机的性能在1900～1905年比电力或蒸汽动力技术得到了更为迅速的提高。此外，已经成长为世界第一大生产国和消费国的美国具有丰富的石油资源，美国国内的汽油价格比电力价格低，从而使内燃机汽车比电力汽车具有运行成本上的优势。1900年，美国制造商的蒸汽推动汽车有1681辆，电力卡车有1575辆，汽油燃料汽车有936辆（Flink，1970）。根据登记注册的数据，1902年的蒸汽汽车和电力卡车的数量，在纽约和洛杉矶都超过汽油燃料汽车的数量；但到了1905年，内燃机则成为美国汽车动力的主导技术。汽车的产业化给美国经济带来了巨大的影响。1900年，美国组建了57家汽车制造厂，它们当年的生产总值不少于500万美元（如果按1994年的美元价格计算，统计数字略大于6500万美元）。这些厂家也开展实验性的研究工作。1909年，按照行业附加值的大小排列，汽车行业在美国排第17位；而到1925年，汽车行业已名列第1。正如表3-2所示，1900年美国登记在册的汽车有8000辆，1910年有458300多辆，1930年则达到2300多万辆（Clark，1929；Fishlow，1972），成为美国最大的行业（以附加值衡量）。而除汽车行业外，1900年已有的行业中尚无其他行业用不到30年的时间就成为美国最大的行业。
表3-2 美国登记在册的汽车数量（1900～1993年）
当今世界，美国、德国和日本是汽车制造强国。长期以来，这些国家都保持了超群的实力和强劲的发展势头。而其优势首先源自持续不断的技术创新。以德国为例。德国汽车产业高度重视研发，努力提高核心竞争力。德国工业领域的研发人员中，有28%从事汽车的研发工作；而在汽车工业中，有1/9的员工供职于研发部门。德国汽车工业平均每10天就有1项专利产生，每年获得的专利达3650项，是名副其实的世界冠军。这一切确保了德国汽车工业在全球的技术领先优势，也凸显了德国汽车工业在德国经济中的核心地位。
汽车行业的产生和发展为其供应行业的变革提供了动力和机会，极大地带动了相关产业的产生和发展。汽车工业就像是吸引各种投入的磁铁，吸引了包括机器工具、喷洒车身的漆、玻璃、橡皮、钢铁（包括大量的钢铁合金）、铝、镍、石墨、电气设备、电子器件以及“二战”后的塑料等行业的集聚。内燃机在汽车行业和航天飞机行业得到了广泛应用，这大大促进了对石油产品的需求，特别是从精炼熔化油中提炼的燃料，推动了石油和化学产业的迅速发展。20世纪70年代后，面对消费者对燃料需求的日益增长，以及政府要求降低污染的强制性命令，汽车制造商在设计对美国市场的产品时，不得不重新考虑发动机和传输系统，这大大增加了汽车制造中半导体和电子零部件的应用，包括集成电路、微型处理器和计算机。以德国为例，在汽车制造过程中相应供应商不断提高汽车电子技术的含量。目前，汽车电子技术含量占整车的比例约为40%，而在高档汽车上，电子和电器部分已占汽车价值的一半。
内燃机的发明和使用使农业生产发生了重大革命。尽管蒸汽机的出现改变了工业生产的格局，但是，以蒸汽机作为动力的拖拉机由于太笨重而未获成功。19世纪后半叶，美国发明了收割卷轧机、联合收割机等，但动力还是马匹。内燃机发明后，很快就在割草机、播种机、脱粒机、拖拉机等农业耕作机械中被广泛使用，并取代了传统的畜力耕作机械，大大提高了农业的生产效率。尤其是以内燃机为动力的拖拉机，更是给美国农业带来了巨大变化。1915年，美国首次出售以内燃机为动力的拖拉机，当年的销量为25000台；而到1951年，则达到580万台。1860～1916年，美国的农场从260万个增加到640万个，可耕种面积从近25亿亩发展到53亿亩，农场主的农机具资产从25亿美元增加到360亿美元（1920年数据）。
总之，内燃机的发明造就了20世纪的石油世纪，使石油变成了战略资源，使新能源和新兴工业得到大发展，同时作为新的动力，也直接推动了交通工具的革命和农业的现代化。
化学工业是用化学方法创造新产品的产业。它是以生产为目的改变物质的经济活动。化学工业的诞生改变了人类单纯依靠自然资源的历史，从而可以主动创造资源。化学工业发端于欧洲，成熟于美国。德国和美国成为成功运用化工技术迅速崛起的国家。
从历史上看，德国的崛起首先与化学工业的兴起相联系，而这又源于德国对化学的研究和化工技术的掌握。1830年，当英国的产业革命达到高潮时，德国还是一个落后的农业国。可是经过了19世纪前50年基础科学的全面发展，尤其是在19世纪60年代和70年代科学技术的兴盛之后，德国已在理论科学、技术科学、工业生产等方面后来居上，并于1875年成为世界科技的中心。19世纪中后期，比利时人厄恩斯特·苏维尔（Ernest Solvay）经过十多年的试验和改进，创造了新的制碱法——苏维尔制碱法，能够最大限度地节约原材料。随着新技术的迅速传播和广泛应用，凭借无机化工工业的迅速发展，落后于英国的法国和德国得以实现了发展的超越。在新的制碱法的推动下，作为“在技术上最重要的无机化学产品”的硫黄酸的生产量迅速增加，而它又被广泛用来生产其他无机化合物。1900年，英国硫黄酸的产量是德国的近两倍；但仅仅过了13年，这种情况就发生了逆转，德国年产量为170万吨，而英国只有110万吨。
1871年，德国煤化工技术居世界首位；1873年，德国染料工业的产量、质量都超过了盛极一时的英国。19世纪60年代末，德国的染料工业规模很小、很分散，并且主要从事仿造活动，但在此后不到10年的时间里，德国企业就已经控制了世界染料市场的一半左右；到世纪之交时，其份额进一步增加到90%左右。而且，这还没有计算这些德国企业在其他国家分支企业的产量。到第一次世界大战爆发时，有机化学工业部门就业人数和投资占全部化学工业部门的一半以上。得益于不断的技术创新，直到目前，德国仍然是世界上最强大的化工制品生产国之一。德国化工工业的三大优势领域是基础有机化学品、初级塑料产品及药品。这三个领域的产品各自均占德国化工生产总量的15%～20%。按销售额排名，依次为特种及精细化工品、聚合物药物产品、石化及衍生物、洗涤类产品、无机基础化学品和农用化学品（见表3-3）。
表3-3 德国化工工业经营状况
美国于1859年打出第一口油井以后，大力发挥石油开采技术的优势发展石油化学工业。到20世纪，随着石油开采和提炼技术的不断进步，美国的石油化学工业迅速成长，美国也成为“石油化工技术王国”。1927～1934年，美国的纤维、塑胶和橡胶三大合成工业发展迅速，除化肥工业外，其余化工行业全部成为行业冠军。
美国化工技术创新的一个重要成果就是合成纤维。合成纤维具有与塑料、合成橡胶相同的特征，它们都起源于20世纪20年代和30年代关于聚合化学制品的基础研究。大量新设立的合成纤维工厂（主要是尼龙、丙烯酸树脂和聚酯）开始替代天然产品（主要指棉花和木材），并最终占据主导地位。而后者（天然产品）很久以来一直是纺织品制造和使用的基础原料。到1968年，人造纤维超过棉花和木材的合计产量（按重量）。1966年，人造纤维开始被使用在消费品上。其中，使用量最大的行业是服装业，使用量几乎占合成纤维总产量的1/3。产品大部分是妇女和儿童的服装，其次是包括地毯、织物、家具等在内的家用装饰产品。工业中的使用主要集中在轮胎上，其次是加固塑料。此外，其他产品的生产也广泛使用合成纤维，包括软管、绳子、带子、箱包以及过滤器等（见表3-4）。
医药行业是美国另一个突出的化学工业部门。医药行业也发端于欧洲，主要是德国，但能使其成为国家重要产业的是美国。19世纪中期，美国的医药行业和化学工业都离不开始于德国的技术；19世纪后半期，不仅整个美国医药产品均从德国进口，甚至广泛使用的医疗教科书也是从德国引进的。这种状况一直持续到19世纪90年代，甚至美国一些最早和最为成功的医药生产企业如辉瑞公司（Pfizer）也有德国的印记。20世纪，美国医药行业开始挖掘国内日益增长的科学知识存量。“二战”促使美国的医药行业转向正规的自主研究，并与国内那些从事生物医药前沿领域研究的大学建立了更为紧密的合作关系。“二战”后，联邦政府显著加强了对生物医学研究的支持。这从全国卫生研究所（National Institutes of Health，NIH）预算经费的巨幅增长可见一斑：1950～1965年，全国卫生研究所在生物医学研究上经费投入的实际增长率不低于18%。截至1965年，在所有投资于生物医学研究的费用中，联邦政府占近2/3的份额。1965年以后，这种大幅度增长的势头有所减弱，但这也从侧面反映了私人对研究开发投资的加速增长，特别是在20世纪80年代早期。1993年，全美国在生物医学研究开发费用上的总支出超过300亿美元，其中39%为联邦政府投资，50%为企业投资（Bond and Glynn，1995）。1953年，分子生物领域的一项重大发现揭开了美国医药行业技术变迁新纪元的序幕。沃森（Waston）和克里克（Crick）确认了DNA的双重螺旋结构，找到了一种更为有效的药物发明方法。生物技术不仅创造了现存药品（例如胰岛素）的新生产技术，而且创造了新的医药研制技术（Henderson et al.，1998）。
表3-4 合成纤维在各使用领域的市场占比（1966～1975年）
连续性工艺技术的采用和大规模生产能力是20世纪美国化学工业的一个重要特征。在这方面，美国早期从事大规模生产的经验帮助了美国化学工业向以石油为基础的原料过渡。20世纪初期，美国引进以内燃机为动力的汽车技术，并在随后得到快速发展。这使其对液体燃料的需求几乎是永无止境的。这种需求反过来刺激了石油提炼行业的发展。大规模的石油提炼行业要求开发连续的与之相适应的工艺技术。在两次世界大战之间，美国在石油提炼行业的领先地位为支持其化学工业的基础原料从煤向石油的转变提供了关键的知识以及工程和设计方面的技术；同时，美国巨大的市场规模在早期阶段就使美国石油行业的企业能够采取大规模的生产形式进行产品（如氯、苛性苏打、碱、硫黄酸、过磷酸钾等基本产品）生产。化学产品绝不仅是石化燃料，还有一大批中间产品，如漆、肥料、杀虫剂、除草剂、塑料、炸药、合成纤维、燃料、溶剂等。而这些中间产品又成为其他工业生产的重要原料，使得产业链进一步得到延伸和丰富。
电力技术革命是第二次工业革命的核心之一，它的关键是电能的产生与利用。电能的使用成为人类在使用动力方面的又一次巨大的飞跃，由电力技术促成的电气工业的产生和发展，也成为改变20世纪工业历程的重大事件。20世纪中期，电子技术的发明和广泛应用，则直接将人类带入“电子时代”。电力和电子技术的产生，不仅带来了技术上的飞跃，还促进了生产方式的一系列创新，并最终使人们的生产和生活方式发生了巨大改变。
第一，电力技术促进了全新产业的形成和大发展。电话诞生于1876年，由美国人贝尔发明。而到1879年，电话局已遍及纽约；1885年，电话在欧洲普及；1927年，美国电话台数达到世界总台数的61%。电力技术还推动了无线电技术的发展和无线电产业的形成。无线电技术起源于欧洲，而无线电工业则发展于美国。1906年，美国人L.福雷斯特发明了无线电关键部件——真空三极管。1910年，美国建成第一个无线电广播电台。自此，收音机进入家庭，并于1926年建成全国广播网。1939年，美国RCA推出世界上第一台黑白电视机；1948年，美国贝尔电话研究所发明了半导体；1960年，美国人使激光得到应用。正是随着电力技术的产生和应用，美国成为名副其实的世界科技中心。
第二，电力改造了钢铁冶炼业。随着电力成本的下降，冶金行业对电力的使用和依赖加深，企业能够使用较大的电炉来冶炼钢铁，使得钢铁的产能和品质都得到很大的提高。1889年，美国的一流技术使其钢铁产量超过欧洲，居世界第一位。
第三，电力促进家庭消费产业的产生和发展。很多适用于家庭消费的发明虽然已经存在多年，但由于缺乏合适的能源而被暂时搁置。电力作为一种新的能源，相比煤炭和石油具有更加明显的优势。它使很多适用于家庭消费的工业品得以产生和广泛应用。早在19世纪50年代和60年代，像空气净化器、洗碗机以及洗衣机这类设备就已经被发明出来了，但是一直被束之高阁，直到电动机发明出来后，它们才有了实际应用的可能（Giedion，1948）。20世纪20年代，随着家庭收入的逐步上升，家用电器被越来越多的家庭所使用。电力技术使得家电产业得以迅速发展（见表3-5）。
表3-5 战后美国引进的主要电器
第四，电子技术将人类带入“电子时代”。电子技术革命归功于两项关键的发明：晶体管和计算机。1947年，贝尔电话实验室发明了电子晶体管，使得电子技术革命的发生成为可能。20世纪50年代，计算机技术取得突破性进展。晶体管和计算机的商业化生产使得电子技术革命得以实现，并迅速产业化。电子技术的发展使“二战”后世界经济出现了三个新的产业：电子计算机、电子软件以及半导体部件。目前，德国拥有世界技术领先的电子电气工业，德国电子元件主要产品包括：半导体产品（集成电路、高度保真分立元件）、电阻器、电容器、缩合器、感应器、无源及混合微电路、电子机械元件（连接器、开关）和印刷/混合电路板等。而且，德国制造的电子元件一半以上用于出口，出口的80%以上进入西欧国家。德国之所以能够在电子电气工业具有优势，主要得益于其持续的技术创新能力。德国电子电气工业每年的革新开支为150亿欧元，占该行业营业额的10%。其中，研发投入120亿欧元，约占德国工业总研发投入的1/5。
第五，电子技术促进了成熟产业的运营方式和技术变革。创新的电子类产品支持了这些产业领域内新兴企业的发展，并促进了成熟产业的运营方式和技术变革，例如电子通信业、银行业和航空业、铁路运输业。此外，新产业形成又带动了上下游产业的形成和发展，从而形成了“产业链”。例如，汽车产业和商用航天飞机产业的发展，极大地带动了对燃料、合成材料等其他上游产业的产品需求，由此为这些产业扩大规模和提高效率提供了外在动力。