“弹簧枪机”包含一片被夹在小钳子(称为待击柄)中的燧石和一个新部件：一块钢片。钢片边缘开有和转轮式燧发枪上转轮一样类似的沟槽，安装在枪管上和药罐有一段距离的地方，可以移动。通过在药罐旁边加上这个被称为“扣簧”的部件，一旦扣动扳机，待击柄就被释放围绕其轴旋转，让燧石撞击扣簧的垂直面产生一片火花。这一动作也把药罐的盖子向前敲开，让火花落到药罐中的引药上，完成击发。
大约在相同的时期，荷兰人也随后发展出了一种类似的设计。在1600年左右，荷兰有一群人称“偷鸡贼”的强盗。他们买不起昂贵的转轮式燧发枪，在夜间抢劫时击发式火绳枪又会暴露他们的位置。据某些历史学家称，他们因此发明了一种采用“西班牙枪机”原理的新枪机，后来被称为“斯纳普汉”枪机。这种枪机和“弹簧枪机”非常相似，但采用了内置弹簧和制动栓，操作更简单。这种简单而廉价的枪机很快就被推广，为从击发式火绳枪向燧发枪的转型打下了基础。
燧发枪大量采用了其诞生之前就已经出现的技术：有些历史学家坚持认为它算不上一个新发明，不过是像“西班牙枪机”和“斯纳普汉枪机”之类设计的改进而已。一般认为是“自由民马汉”，一个来自诺曼底利苏克斯的法国枪匠发明了燧发枪。他把几种早期发火装置的优点结合起来，制造出了一种随后主宰了战场很多年的武器。新武器保留了传统的发火转轮和药锅盖，但改进了待击装置的内部结构，具备保险、或者叫半待击和全待击两个状态。在全待击状态时只要扣下扳机就会平稳而迅速地击发。
自由民的燧发枪设计被带到了巴黎，17世纪30年代在那里还出版了这种燧发枪的专利书籍。这种燧发枪和转轮式发火枪相比易损部件少，制造成本低、维修更简单。在随后的30年里，燧发枪在欧洲大量生产并出现在了新大陆。在1650年到1700年间，大多数国家都用燧发枪作为标准军用武器取代了火绳枪和转轮式发火枪。它在简单性、可靠性和安全性上都是一大飞跃，成为一位历史学家所说的“历史的奶娘”，在塑造了世界面貌的重大事件中发挥了决定性作用。它们“被用于18世纪的伟大战争，这些战争决定了谁是西班牙和奥地利的君主并造就了法国在欧洲大陆的大国地位”。在北美，英法两国用它争夺殖民帝国的控制权，美国人用燧发枪在独立战争中争取自由；在欧洲，燧发枪手“在滑铁卢把英法两国之争推向了高潮”。在这一混战不休的年代和这些宏伟的战役中，燧发枪在各个大国的军队中扮演了重要角色。
在燧发枪成熟后，火器变得更为常见。廉价而简单的燧发枪降低了成本，减少了所需的人工(早期的火器都很昂贵，基本上是有经验的工匠打造出的手工品)。燧发技术也被推广到所有枪上，从火枪到喇叭枪，再到决斗手枪、肯塔基线膛枪甚至后来的转轮手枪。由于燧发枪出现在工业化刚起步的时候，武器生产成为了最早一批探索从手工生产转向工业革命中的大批量生产的工业领域之一。在军事方面，这些武器服役时适逢地面战斗中投入的军队规模越来越大，火枪的大量生产使得将军们可以充足地武装这些战斗人员。在美国独立战争爆发时，无论是美军、英军、法军还是德军装备的火枪都非常相似：都是滑膛大口径燧发枪。士兵们使用的都是预先生产好的包含一个弹丸的纸制弹药，以及称量好的发射药，可以随时使用。装填时，士兵首先往药罐里倒入一点火药，然后把余下的火药倒进枪管，随后是弹丸和用做塞子的纸，还要用通条把弹丸塞紧。使用这种弹药时，一名受过良好训练的士兵装填和射击的速度是很快的。滑膛燧发枪得到了广泛应用，在无数次战役和战争中被一再证明：当被大量使用时，对密集的队形有致命的杀伤力。
五、新的挑战
随着后膛装填技术和连发技术的成熟，各个陆军大国遇到的问题是如何廉价地实现换装已经在大量使用的前膛装填步枪。最初的解决方法是把已有的前膛装填步枪直接改成后膛装填步枪，大多数国家都采纳了这种办法。他们把现有步枪的枪膛切掉，换上一个与现有步枪铰接在一起的新枪膛。例子之一是在1870年服役的美国斯普林菲尔德铰链转换步枪，这种武器有一个和枪管相连的铰链，装填的时候后膛顶端向前沿着枪管顶端翻转，它一直服役到1892年被手动枪机弹匣供弹步枪取代为止。
德国和法国在这场竞赛中处于领先地位，两国都研制出了实用的手动枪机步枪。他们所要做的唯一改变只是采用金属子弹。法国陆军的巴兹尔·格拉斯上尉把夏塞波步枪改装为可以使用中心发火金属子弹的步枪，在第二年被法国陆军选用。
德国由于在1871年击败了法国，换装需求并没有法国人那样急迫。冯·德莱塞的儿子改进了他父亲的针刺式发火步枪，但被德国陆军拒绝了。彼得·保罗和威廉·毛瑟兄弟的小组在1871年研制出了一种单发手动枪机步枪，发射11毫米会属弹壳子弹。这是毛瑟兄弟后来为德国陆军研制的一系列步枪型号中的第一种。1884年采用管状弹仓的新型毛瑟枪问世，它通过枪机的移动装填子弹。这是一个巨大进步，因为这种步枪可以装填8发子弹，射速完全决定于枪栓的拉动速度。装备这种步枪给德国陆军造就了一个巨大的优势。
19世纪80年代初出现的一个重大进步为实用的连续射击机枪的问世铺好了舞台：威力更大、更清洁的硝化纤维素发射药开始取代黑火药。黑火药在燃烧时会产生大量固体残渣污染枪管并释放出大量烟雾。硝化纤维素产生的主要是气体，因此又被称为无烟火药。在战场上这种发射药很有用，因为可以使武器的射击特征更小，更重要的是不留残渣的性质有助于自动武器发射机构的研制。
19世纪末期，出现的其他进步还有瓶颈形弹药和被甲子弹，或者称为复合子弹的问世。法国人利用这种技术在1886年推出了采用无烟火药，发射铅芯铜镍合金被甲复合子弹的勒贝尔步枪。这种步枪的问世意味着法国在研制最先进的主战步枪的竞赛中取得了领先地位。
在奥地利，斐迪南·里特·冯·曼利夏提出了桥夹式供弹的概念。他在步枪的枪机下安装了一个盒形弹匣，打开枪机后射手可以一次放进5发装在弯形铁片上的子弹。关闭枪机的动作把桥夹上的子弹推入膛室。完成击发后，打开枪机可以把发射后的弹壳退出，而枪机的退回动作又在同时完成了下一发子弹的上膛，下面的弹簧将把剩下的子弹依次顶上。桥夹式供弹系统大大加快了装弹速度，曼利夏的设计在1885年被奥匈帝国陆军采用。
其他的发明家如毛瑟，埃杜德·鲁宾，詹姆斯·帕里斯·李，威廉·梅特福德，奥尔·克拉格和埃里克·乔根森都对手动步枪进行了一些改进。到1914年第一次世界大战爆发时，所有强国都采用了发射无烟火药、手动枪机、弹匣供弹的连发步枪作为标准的步兵武器。
从早期的火炮发展到现代的手动步枪，这之间的技术进步对于机枪的问世是必要的。简单地说，和最初的手炮一起诞生并最终促使现代步枪出现的设计、工艺和技术为后来自动武器的出现打下了基础。在研制能够持续射出子弹的自动武器的过程中，各种闭锁机构、线膛枪管、无烟火药和自动装填等创新是几大跨越，它们解决了制造的工艺问题和如何设计的问题。
机枪的发展
自从中世纪末期出现了最原始的轻武器后，很多发明家和设计师们都痴迷于发明一种能够连续射出子弹的武器，这样一支武器的火力可以与很多装备单发武器的士兵相比。但是，早期的轻武器技术限制了这些想法成为现实。当时还没有一种金属制品能够承受连续射击造成的压力，而当时的制造技术水平也不足以生产出这种复杂的武器所需要的机械部件。
一、管风琴枪
最早能够连续发射的武器是可以一次完成多次击发的齐射枪。开始人们尝试了“管风琴枪”，这是一种有多根发射管的武器。历史上首次提到“管风琴枪”是在1339年，随后得到了广泛的应用。管风琴枪出现在战斗中的首次记录是在1382年，比利时根特的军队带着数门这种武器进攻布鲁日。当时的管风琴枪是把多根小口径炮管安装在轻型轮式马车的底座上，各根炮管的火门由一根火绳连起来，点燃火绳后枪管就会相继击发。
这些早期的尝试通常设计成可以同时射击的一束或者一排枪管。由于这种武器并排安置的枪管在有些人看来很像是管风琴的琴管，因此它们也被称为“管风琴枪”或者是“死亡管风琴”。1457年，一位威尼斯将军在皮卡蒂尼之战中使用了管风琴枪，作为装备骑兵部队的机动火炮使用。当时还出现了无数有记载的使用这种武器的事例，包括李奥纳多·达芬奇发明的一种型号。
虽然有一定潜力，管风琴枪依然存在很多严重的缺陷。最大的缺点在于武器击发后需要给每根枪管从枪口填入新的弹药，射击间隔很长。不能持续的射击造成这种武器只能被用于支援任务或者辅助角色。尽管齐射枪并不是连发武器，但却显示了猛烈火力的作用，并激发了发明家们去研制能够持续产生所要火力的武器。
这一技术的进展非常缓慢。1625年，在查尔斯一世统治时期的英国威廉·德拉蒙德获得一项专利，他发明了一种被称为“雷车”的两人操作管风琴枪，据说能够有效地对付100名敌军。大约40年后，在1663年，一个名叫帕尔玛的英国发明家向皇家学会递交了一篇论文，文中他讨论了利用轻武器中发射药爆炸时产生的后坐力和气体力量来完成齐射武器的装填、击发和再装填等动作。帕尔玛的远见超出了他那个时代200年左右。尽管在武器技术领域已经出现了进步，当时的制造技术和冶金技术严重限制了帕尔玛的思想转化为实际。并且在连发武器的研制中还存在其他一些限制因素。只要仅有的一种弹药还只是铅丸，而点火的唯一办法又只是一小堆火药和一个削尖的火石，那将永远不可能出现一种实用的连发武器。此外限于当时的武器技术水平，所有枪械的枪膛都无法有效地密封，这会造成火药燃气泄漏从而无法有效地利用燃气的力量驱动武器工作。进一步说，在击发后还会碰到严重的清理武器的问题，直到金属弹药出现才有所改变。帕尔玛的理论很完美，但没有任何证据表明有任何一种基于他的理论制造的原型枪问世。
这一直持续到1718年一个名叫詹姆斯·帕克尔的英国人发明了手动机枪演化史上最重要的装置之一为止。那一年，帕克尔这位伦敦的初级律师注册了一个被他称之为“防御枪”的专利。这种武器是否是第一种注册了专利的手动转轮式机枪在史学家之间还存在一定的争议，但其最重要之处是它显然代表了到那个时代为止最为完善的设计。“防御枪”被安装在三脚架上，外观令人惊讶的现代化。这种武器本质上是一种大口径的燧发转轮枪，最大特征是有一个很大的旋转式弹巢，内有多个膛室。装填好的弹巢和枪管平齐并锁定在合适的位置，弹巢中膛室口对准枪管的尾端以封闭火药燃气。转动手动曲轴可以把这些膛室一个接一个对准枪管，然后由一个杠杆释放燧发装置的待击机构，从而引燃膛室中的发射药。在第一发射击后弹巢的锁定被松开，让下一个装填好的膛室对准枪管，再次锁定，击发。在弹巢打空后，射手可以松开曲轴，取下弹巢换上一个装填好的新弹巢。这种武器的上部可以转向后方并能自由移动，可提供一个很大的火力弧。在专利上的绘图显示帕克尔枪远远超出了他所在的时代。这种看上去原始而笨重的枪是现代机枪的直系祖先。
帕克尔在1717年向英国武器署展示了他的发明，但却没能打动英国武器署。他后来又多次展示了这种枪并在1722年进行了一次公开测试。在暴风雨中，帕克尔枪在7分钟内打出了63发子弹，这在当时是非常了不起的。尽管这种枪有多种口径的型号，帕克尔却从未能够靠这种枪致富。有些证据表明曼塔古公爵购买过两支帕克尔枪用于装备他前往西印度殖民的远征队，但没有记录表明这两支枪被实际使用过。
帕克尔枪以及类似的武器最终未能被接受、也未获得成功的原因与早期其他武器一样，在于笨重而不可靠的燧石点火方式，以及燧石、钢片、火药到发射汶一击发原理。所有这些都妨碍了当时发明家的思路并限制了当时武器的威力。帕克尔枪保存下来的数量极少，其中一件如今收藏在伦敦塔的武器库中。
二、排射枪
在随后的几年间，发明家们继续玩弄多管发射武器的理念。在这一段时期，管风琴枪周期性的复苏。当时有人试图完善一种称为排射枪的武器，后者因为有一排枪管而得名。然而到了18世纪末，这些设计大多数都被证明为没有实际作用，因为排射枪也受到了火药、弹丸、火石和钢等因素的限制。
但在1807年里弗伦德·佛西斯发明了撞击式发火装置后，速射武器的一个重要问题得到了解决，这为轻武器技术的进一步发展铺平了道路。随着时间的流逝更多的技术进步出现了，发明家们开始在研制速射武器领域尝试其他的办法。其中一项是费城的约瑟夫·G.钱伯斯发明的转轮枪，他在1813年申请了一项连发枪的专利。他的枪有7根枪管，每根枪管内含32发弹丸，采用罗马焰火筒式的击发：点燃的引线一根接一根地引发各个枪管的装药，能在短时间内打出大量的弹丸。然而这种枪一旦点燃了引线后就无法停止射击，会一直打到最后一份发射药爆炸、枪膛到空为止。美国政府购买了这种枪，在美国第二次反英战争中，美军于1814年在五大湖地区使用了钱伯斯枪对付英军。