先有试制，后有授权
1878年2月19日授权的US200521，把新泽西州门洛帕克的托马斯·爱迪生列为发明人。申请日期是1877年12月24日。说明书开头就提出两个相连的目标：把人声及其他声音留下可保存的痕迹，再利用这些痕迹使声音重新可闻。这个日期标志着专利授权，机器的实验和公开演示已经发生在此前。
《科学美国人》1877年12月22日一期的报道记载，爱迪生把小机器带到编辑部，转动曲柄，让它向在场者问好。十余人能听见这些话。报道同时承认，实验装置有些词还不清楚，却能保留人声的抑扬变化。
电话试验桌上的合作
留声机的工作与电话振膜实验紧密相连。爱迪生的助手查尔斯·巴彻勒在多年后的日记中回忆，团队常把不同大小的振膜装在带话筒的框架上，边说话边用手指感受振动。爱迪生提出在振膜中央加针，拖动涂蜡纸，看看留下的痕迹能否再次驱动振膜。
这份回忆把操作分给了几个人：机械师约翰·克鲁西焊接针尖并准备支架，巴彻勒裁剪不同厚度的涂蜡纸、调整针压并拉动纸条，爱迪生向话筒说话。最初回放并非字字清晰，众人反复改装后才改善。1905年至1908年的这份日记，留下了构想经过制件、材料比较与手工调试成为可听见效果的过程。
参考：[3]
把时间排成螺旋线
1878年专利的主要结构是一只带螺旋槽的圆筒，外面包覆金属箔等可压印材料。圆筒轴上有螺纹，旋转时同时沿轴向移动；圆筒表面的槽与轴的螺距相配，使针尖连续经过一条螺旋路径，避免把前后的声音压在同一位置上。专利列举每英寸十道槽作为一种安排。
声音进入话筒，使振膜振动；振膜中心的硬质针尖随之压向箔面。箔片跨在槽上，下面留有可变形的空间，于是针的运动形成深浅变化。记录保存了随时间变化的机械运动。专利还列举圆盘、连续纸带等布置，为同一原理提出不同载体。
同一条痕迹怎样再发声
回放时，圆筒回到起点，较细的读取针沿原有压痕移动。压痕推动轻弹簧，再把运动传给另一片振膜，振膜推动空气，听者便听到与原来话语相应的声音。专利允许通过细线连接或直接连接来传递振动，也考虑让回放振膜比录音振膜更轻、更敏感。
速度控制是其中的关键。《科学美国人》解释，录音和回放应尽量用相同转速；转得快，声音变高，转得慢，声音变低。报道提到调速良好的钟表机构，专利也提出钟表发条或其他动力来源。针、载体和振膜必须在合适的速度与压力下重新配合。同一期报道把斯科特等早先记录声音轨迹的装置，与能把轨迹重新变成声音的装置加以区分。
金属箔之外的下一阶段
爱迪生在1878年《留声机及其未来》中，把口授书信放在重要位置，也设想朗读书籍、教学、保存家庭声音和播放音乐。他讨论记录的邮寄、互换与复制，把不少具体用途列为有待实现的可能性。这些文字反映了当时如何为新装置寻找市场。
十年后的US386974专利则呈现另一阶段：带蜡或蜡状材料表层的筒套可以从略呈锥形的支承筒上装卸，电磁马达与调速器控制转动，还有刮削记录表面的刀具。它针对反复使用、定位和操作便利继续改造。1877年的锡箔演示、1878年的授权与1880年代后期的蜡筒装置，因而是相连但不同的步骤。声音能离开发声者被再次听见之后，耐用载体、稳定传动及实际用途仍需逐项解决。