Tanto nos Estados Unidos como na Europa, animava-se imagens desenhadas à mão como forma de diversão, empregando dispositivos que se tornaram populares nos salões da classe média. Concretamente, descobriu-se que se 16 imagens estáticas de um movimento que transcorre em um segundo são passadas sucessivamente também em um segundo, a persistência da visão as une, fazendo com que sejam vistas como uma só imagem em movimento.
O zoótropo, que chegou até nossos dias, traz uma série de desenhos impressos horizontalmente em tiras de papel, colocadas no interior de um tambor giratório montado sobre um eixo. Na metade do cilindro, uma série de ranhuras verticais pelas quais se olha permite que, ao girar-se o tambor, veja-se imagens em movimento. Máquina mais elaborada foi o praxinoscópio, do inventor francês Charles Émile Reynaud. Ele consistia em um tambor giratório com um aro dotado de espelhos colocado no centro e os desenhos colocados na parede interior. Conforme se girava o tambor, os desenhos pareciam animar-se.
Naqueles mesmos anos, William Henry Fox Talbot, no Reino Unido, e Louis Daguerre, na França, trabalhavam em um novo projeto que possibilitaria o desenvolvimento do cinematógrafo: a fotografia. Em 1861, o inventor norte-americano Coleman Sellers patenteou o quinematoscópio, que conseguia animar uma série de fotografias fixas montadas sobre uma roda giratória dotada de palhetas.
Um passo relevante para o desenvolvimento da primeira câmera de imagens em movimento foi dado pelo fisiologista francês Etienne Jules Marey, cujo cronofotógrafo (um fuzil fotográfico) portátil movia uma única faixa, que permitia obter doze imagens em uma placa giratória que dava uma volta completa em um segundo. Por volta de 1889, os inventores americanos Hannibal Goodwin e Georges Eastman desenvolveram películas de emulsão fotográfica de alta velocidade montadas em um celulóide resistente: sua inovação eliminou um obstáculo essencial para uma experimentação mais eficiente com as imagens em movimento.
Na década de 1890, Thomas Alva Edison construiu a primeira máquina de cinema, o quinetoscópio, que tinha uns 15 metros de película em um dispositivo análogo a uma espiral sem fim, que o espectador — individual — tinha que ver através de uma lente de aumento. As experiências com projeção de imagens em movimento visíveis por mais de um espectador foram realizadas simultaneamente nos Estados Unidos e na Europa. Na França, os irmãos Louis e Auguste Lumière, em 1895, chegaram ao cinematógrafo, invento que era ao mesmo tempo câmara, copiadora e projetor, que é o primeiro aparelho que se pode qualificar autenticamente de cinema. Produziram também uma série de curta-metragens, no gênero documentário, com grande êxito. Em 1896, o ilusionista francês Georges Méliès demonstrou que o cinema servia não apenas para registrar a realidade, mas também para torná-la divertida ou falseá-la. Realizou uma série de filmes que exploravam o potencial narrativo do novo meio e rodou o primeiro grande filme a ser exibido, cuja projeção durou cerca de quinze minutos: L'affaire Dreyfuss (O caso Dreyfuss, 1899). Mas Méliès é famoso sobretudo por suas notáveis fantasias, como Viagem à lua (1902), nas quais experimentava as possibilidades de trucagens com a câmara cinematográfica.
O estilo documentalista dos irmãos Lumière e as fantasias teatrais de Méliès fundiram-se nas ficções realistas do inventor americano Edwin S. Porter, que produziu o primeiro filme interessante de seu país, Great train robbery, em 1903. Esse filme teve um grande êxito e muito contribuiu para que o cinema se transformasse em um espetáculo de massa. As pequenas salas de exibição, conhecidas como "cinema poeira", espalharam-se pelos Estados Unidos e o cinema começou a firmar-se como indústria.