马克沁亲自操作他设计的炮兵用高轮架马克沁机枪
作为一个勇于创新的人，马克沁将目标定位在研制一种能够实现快速发射的自动武器上，这首先要求能找到一种全新的脱离人力操作的自动原理。马克沁不仅具有天赋与勤奋，同时他还有着少见的机敏头脑和非凡的洞察力，他将注意力放到了人们习以为常、熟视无睹的射击后座现象上，并且巧妙地加以利用。经过苦心钻研，他为即将出现的自动武器找到了连续射击的理想动力来源——火药气体，通过弹簧和机构的运动和转换，将火药气体产生的后座力用于完成开锁、抛壳、装弹和闭锁等一系列动作，使得单根枪管的武器也能够实现连续发射。马克沁在一支改装过的温彻斯特杠杆步枪上验证了他的设想，证明这种自动原理是切实可行的。
1883年，马克沁在伦敦哈顿花园路57号的住所内开始试制他的新枪。他从事的是一项前无古人的发明，没有类似产品可供借鉴，全部零件和工具、量具都是亲手设计制作，只有枪管是外购的成品。马克沁的设计采用枪管短后座自动原理，在发射瞬间，枪机和枪管扣合，发射后两者共同后座一段距离，然后枪管先停止移动，通过肘节机构实现开锁，枪机继续后座，完成抽壳、抛壳动作，压缩复进簧并使发射机构待击，同时带动供弹机构将下一发枪弹提到供弹位置上，随后枪机在复进簧作用下复进，将下一发枪弹推进枪膛，枪机与先行复进的枪管再次扣合完成闭锁，随后击发枪弹。发射动作每秒往复循环10余次，射速高达每分钟600余发，第一次实弹射击时，仅用了1.5秒钟就将装填的6发子弹全部射出，远远超过原有的各种手动机枪。马克沁在他的设计中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，以及加特林机枪上的某些设计。为解决射击速度提高带来的弹药补充问题，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供弹漏斗，333发子弹预先装在一根长约6.4米的帆布带中，以节省装弹时间，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。在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。
