概要：达尔文在收集证据以证实其生物进化的理论时，并不将他在这方面的兴趣告诉别人。他很清楚其他一些离经叛道的科学家遭受过厄运。他在笔记中写道：“想想对早期天文学家的迫害──再联系到每位科学家的主要好处，他们只是提前几年推行他们的科学发现而已。”达尔文的观点不仅在科学上是激进的，还可以被控为亵渎神灵和煽动异端邪说。当时英国受福音派影响极大，人们对自然世界的理解是这样的：上帝的精神存在于自然界，表现为上帝创造了新的动物或植物物种，以取代灭绝的物种。达尔文面对着许多令人费解的证据，对这种生物观在理智上越来越感到难以接受。航行归来之后，达尔文即将他收集的标本交给剑桥和伦敦的编目专家。在南美他发现了已灭绝的犰狳的化石，这化石犰狳与现存的犰狳十分相似但不相同。在阿根廷他发现不同的地理环境中有不同的种，例如，在南美大草原上有体型巨大的鸵鸟，而南方的巴塔哥尼亚地区只有体型小得多的鸵鸟，这两种鸵鸟均与非洲的鸵鸟近似但又不相同。加拉帕戈斯群岛在厄瓜多尔海岸以西的太平洋中，群岛上的鸟类和龟类往往与邻近大陆上的相应物种相似，但群岛内部各相邻的相似岛屿却有着很不相同的动物种群；这事实令达尔文困惑。在

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达尔文在收集证据以证实其生物进化的理论时，并不将他在这方面的兴趣告诉别人。他很清楚其他一些离经叛道的科学家遭受过厄运。他在笔记中写道：“想想对早期天文学家的迫害──再联系到每位科学家的主要好处，他们只是提前几年推行他们的科学发现而已。”达尔文的观点不仅在科学上是激进的，还可以被控为亵渎神灵和煽动异端邪说。当时英国受福音派影响极大，人们对自然世界的理解是这样的：上帝的精神存在于自然界，表现为上帝创造了新的动物或植物物种，以取代灭绝的物种。达尔文面对着许多令人费解的证据，对这种生物观在理智上越来越感到难以接受。
航行归来之后，达尔文即将他收集的标本交给剑桥和伦敦的编目专家。在南美他发现了已灭绝的犰狳的化石，这化石犰狳与现存的犰狳十分相似但不相同。在阿根廷他发现不同的地理环境中有不同的种，例如，在南美大草原上有体型巨大的鸵鸟，而南方的巴塔哥尼亚地区只有体型小得多的鸵鸟，这两种鸵鸟均与非洲的鸵鸟近似但又不相同。加拉帕戈斯群岛在厄瓜多尔海岸以西的太平洋中，群岛上的鸟类和龟类往往与邻近大陆上的相应物种相似，但群岛内部各相邻的相似岛屿却有着很不相同的动物种群；这事实令达尔文困惑。在伦敦，达尔文得悉他从加拉帕戈斯带回来的多个雀类标本属于不同的种，而不是他原来想的那样属于不同的变种。他又得知嘲鸫有3种，加拉帕戈斯的龟类至少有两种，并且有如该群岛的大多数动物种类一样，原产于这些岛屿而非南、北美大陆。
达尔文接到这些报告之后，他对物种不变的怀疑便具体化为一种演化的信念。1837年3月，他在笔记本中写到从一个地方到另一个地方，从一个时代到另一个时代物种都在改变。他继续分析他的资料，寻找这种过程的机制。1838年10月达尔文读了T．马尔萨斯的《人口原理》，马尔萨斯认为人口按几何级数增加，而食物供应仅按算术级数增加，因此人口的增加总被有限的食物供应所遏制。达尔文在他的《自传》中回忆说，他认识到假设生存斗争到处存在，则“有利的变异往往得以保存，而不利的变异则往往遭到毁灭……其结果是新种的形成。于是，我最终在这得出一种理论”──自然选择原理──“用它来解释许多现象”。
达尔文的创见超出了对自然界的残酷性的观察，以前其他科学家和哲学家也已注意到生物物种间斗争的残酷性，如狮子吞食羊羔。而达尔文看到了同一物种内个体间的竞争。他认识到，在一个地区种群内，举例说，喙较尖锐、角较长或羽毛较鲜艳的个体与其他个体相比，生存和生殖后代的机会更多。如果这些有利的性状得以传到新的一代，最后就会在未来的世代中占优势。达尔文便这样将进化分析的焦点从物种间竞争转移到种内竞争。他把自然选择视为有利变异传递到后代，竞争性较差的个体的性状逐渐从种群消失的机制(后辈的生物学家更进一步，认识到种内变异为物种个体基因的变异，他们将进化解释为自然选择了与有利性状有关的基因)。达尔文发现了自然选择后，便急着予以证实，他进而向动、植物育种家提出更多的问题，他希望从他们的人工选择经验中了解自然选择是如何起作用的。
达尔文仍面对一个趋异的问题，趋异即来自同一祖先的近缘物种在进化中发展出不相似的特征。他在航行过程中观察到不同的大片陆地上出现了趋异的物种。达尔文认为海岛中的种群借风力或水传布，从而解决了地理分布之谜。物种进化的理论就这样解决了许多比较解剖学、胚胎学和古生物学之谜。
生物进化的思想不是新东西，在一代人以前E．达尔文，以及法国的布丰、孟德斯鸠、莫佩尔蒂、狄德罗和时间离他最近的拉马克均已提出这种思想。拉马克提出最早的进化图解：从单细胞生物到人各种生物像阶梯一样排列。但这些早期的进化论者谁也没有提出进化的机制，也没有提出有说服力的证据。拉马克提出一个假说：自然生殖不断出现；生物体有一种要达到完美的“内部感情”，动物为适应变化的环境而获得的性状可以传到后代。
达尔文注意到这些不同的解释，但不为它们所影响。他的理论植根于直接观察和发现普遍规律的企图。他把进化形式描绘成一棵分支的树，而不是一个简单的阶梯。首先，达尔文不接受这种流行的观点：生物体完全适应其环境。相反，他认为自然世界卷入一场互相竞争的个体间无尽无休的斗争之中，这些个体对环境的适应能力各不相同。其他人也见过斗争，但只见过种间斗争，从未见过种内斗争。把对生物间斗争的认识从种间斗争前进到种内竞争，达尔文引进了种群概念，这就是栖息于一个局部地区的由一定物种的个体组成的群体，该群体中每一个个体均与其同胞有所不同，他认识到，由于种内竞争，那些具有更新适应环境的性状的个体得以生存，正是种内竞争最终造成新种的进化。
到1842年，达尔文对自己的理论的可靠性深信不疑，他就此写成一份草稿，1844年他另写成一份更长的提纲，并让他的朋友、植物学家J．D．胡克看过，他不愿将他的理论公之于众，他在以后的10年内全力写一篇关于藤壶的论文，他在文中暗示藤壶是自然选择的产物，但没有直截了当地这么说。在这一时期，英国学术思维的环境发生了变化，讨论进化已是司空见惯的事。但达尔文仍不打算发表他的论文。谁也不知道达尔文几时才会判定发表论文的时机已经成熟，但1858年6月18日他改变了主意。那天他收到A．R．华莱士寄来的一篇论文，华莱士是一位博物学家，在马来群岛工作，他在文中将达尔文搞了20年的理论精确地总结出来。看来他毕生工作的成果要被别人占了先，达尔文也感沮丧，但他的朋友和知己赖尔、胡克和T．H．赫胥黎帮他解决了难题，他们安排伦敦的林奈学会于1858年7月1日举行学术报告会，会上同时宣读达尔文和华莱士的论文。
两年前达尔文已开始写一份篇幅很大的手稿，这时他开始写一篇“摘要”。这篇摘要《论物种通过自然选择的起源，或在生存斗争中有利种类的保存》于1859年11月24日出版。该书第一版一上市即售罄，到1872年该书已再版6次。达尔文的理论迅速为大多数科学界人士所接受。除他的老同事A．塞奇威克那样的坚持旧观点的人和对他进行人身攻击的生物学家R．欧文那样的人外，主要的反对来自牧师。他们认识到进化论与《创世记》的字面解释不一致。保守的基督徒感到自然界(或生物界)按照物理世界一样的规律行事这种观念对他们是一个威胁。达尔文的世界中没有为神灵的干预留下一席之地，人类也未被置于较其他动物优越的地位之上。达尔文将人类连同自然界其他事物一起，视为一个连续统一体的一部分，而不是按神灵的律令单独分开。
《物种起源》出版后达尔文继续写作，而他的友人，尤其是赫胥黎在公众面前捍卫这个理论。1860年6月，英国科学促进协会在牛津大学举行的一次会议上，赫胥黎与得过R．欧文指点的牛津主教S．威尔伯福斯辩论。威尔伯福斯神气十足地问赫胥黎究竟他的父系还是母系是猿猴的后裔。赫胥黎回答说他并不因为自己的祖先是猿猴而感到羞耻，但如果祖先是用辩才为谬误服务的人他却会感到羞耻。赫胥黎和胡克在牛津辩论中灭了威尔伯福斯的威风，继续宣扬进化论学说。
达尔文在以后的三本书里把他的理论作了全面的解释，这三本书是《物种起源》的续篇。在《动物和植物在家养下的变异》(1868)一书中，达尔文提出他的泛生假说(试图用以解释可遗传的性状是如何获得的，但这个假说无充分理论，细胞生物学和遗传学发展之后，这问题才得到解释)。
在《人类的由来及性选择》(1871)一书中，达尔文直接谈到人类进化这个有争论的问题，在《物种起源》中他只是涉及了一下，而在本书中他对此加以详述。他将进化的范围扩大了，不仅包括躯体的性状还包括心理和精神方面的性状，他强调人不仅在躯体结构方面与大型猿类相似，在心理方面亦与之相似。他预言：“这样的时刻已经为期不远了，那时如果熟悉人和其他动物结构的比较以及人和其他动物的发育的博物学家竟然还相信人类和其他动物都是各不相干的创造行动的结果，这就令人奇怪了。”
该书后半部详述了性选择理论。达尔文观察到在某些种中雄体与其他雄体争斗以接近雌体；但在另一些物种中，如孔雀，就存在另一种社会系统，即雌体按照力量或美观等性质来选择雄体。20世纪的生物学家将性选择理论扩展，认为雌体会选择能对后代的生存作出贡献的雄体，亦即能使下一代更有竞争力的性状借雌性选择得以保存。虽然当时大部分科学家拒绝接受达尔文关于雌性选择的理论，但他终生顽强地捍卫自己的观点。虽然今天这理论也未被普遍接受，但在进化论生物学家中有许多拥护者。
达尔文《物种起源》的最后一部续篇是《人类和动物的表情》(1872)，他试图借此扫清假定存在于人与非人动物之间的最后一道障碍──只有人才能表露痛苦、焦虑、悲伤、绝望、欢乐、爱、忠心、恨、愤怒等感情这种认识。达尔文将对人类面肌和发声的研究与相应的感情状态联系起来，并认为非人动物若表现出相同的面部动作和声音则也表示相似的感情状态。本书为行为学、神经生物学和心理学中的传播理论奠定了基础。

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