校长别特列尔先生是利奇菲尔德大教堂的神父，还在剑桥大学学习时，他就因自己写的希腊颂诗得过两枚奖章。无怪乎学校所进行的是一种严格的古典教学，学校对作诗特别重视。达尔文虽然没有作诗的才能，但是他收集了大量旧诗，并加以剪裁，在同学们的帮助下，他也就能够很容易地作出任何题目的诗篇来。
学校里学的是古文，读的是古罗马人和希腊人的着作，并且还要背诵。背诵对达尔文来说是很容易的，但两天以后他就把所背会的东西同样容易地忘掉了。
只有贺拉斯的某些诗篇使他得到唯一真正的快乐。学校还讲授古代史和地理，这两门课讲授得都很扼要。
达尔文对别特列尔的这所学校十分反感。在这所学校里，他是一名中等生，可能还是一名落后生，所以他认为在这所学校的那段时间是一个“空白”。
但是，达尔文却有各种各样的校外兴趣。例如，他曾跟一位家庭教师学习欧几里得几何，当他了解了对定理的一些明确的论证方法时，他就感到非常满意。
当有人向他说明如何使用晴雨表上的游标时，这也使他感到非常高兴。
不过，他做的主要事情还是搜集。他一面照旧收集矿石，一面努力设法找到一些有新的名称的新矿石。他还收集各种昆虫，他在十岁时就对地方动物志相当熟悉，而读了鸟类学方面的书籍之后，就开始对鸟类习性进行观察，并作出各种标记。他在这样小的年纪就十分喜欢“在刮风天的傍晚沿着海滨散步，观赏那些沿着奇怪而又错误的路线飞回家去的海鸥和鸬鹚。”
在达尔文快要毕业时，他的哥哥伊拉司马斯对化学发生了兴趣，并在一个棚子里搞起了一个小试验室。达尔文经常帮助他，并且认真地读了几本化学方面的书籍。当他在实践中了解到了试验方法的奥妙之后，便对化学入了迷。但是别特列尔的学校反对他从事这一工作：别特列尔博士曾当众斥责他白白地浪费时间，而同学们则给他起了个“瓦斯”外号。
在毕业前不久，达尔文又迷上了打猎。在他十五岁时，他曾去探望住在伯明翰附近的萨缪埃利的姑父哥尔顿（他的妻子是他父亲的妹妹），姑父常带着他这个侄子去打猎，并给了他一支猎枪。当他们打猎归来时，姑父开玩笑地对他说：
“鸟儿正站在树上笑你哩。”达尔文也笑了起来，可是这个玩笑刺伤了他。不久哥尔顿来到芒特，达尔文把他叫到花园里，以胜利的姿态表演给姑父看，他是怎样射中抛到空中的手套的。
至于谈到他当时的文学兴趣，正如他后来所回忆的那样，他常常坐在学校深深的窗户洞里入迷地阅读莎士比亚的历史剧；他还阅读诗人汤姆逊的《四季》诗以及刚刚出版的拜伦和华尔德·司各特的长诗。
当他对诗歌失去兴趣而感到不快时，就骑马到城外郊游，这使他有机会欣赏大自然的风景，这种娱乐他一直保持到晚年。
还有一个特点应该指出：看来在当时达尔文就具有一种温和可亲的、善于交际的性格。他在同学当中有许多朋友，他对他们非常留恋，非常热爱。
父亲对达尔文在别特列尔先生那里的学习情况很不满意，有一次他严厉地对儿子说，“你关心的只是打猎、玩狗、捉老鼠，这样下去你会使你自己以及我们全家都要蒙受耻辱的”。
他让达尔文提前退了学，并于一八二五年十月派他随同他的哥哥伊拉司马斯一起进了苏格兰的爱丁堡大学，伊拉司马斯一年前就已经在这里学习了。父亲作出的这项决定，可能是受了儿子这年夏天表现出的对行医发生了兴趣这一点的影响。
早在施鲁斯伯里时，达尔文就已开始给一些病人、主要是妇女和儿童看病：
他对每个情况都作了记录，把一切病症都记载下来，并且读给父亲听，父亲让他对病人再作一些检查，告诉他下什么样的药，然后由达尔文自己去配制。在达尔文那里，有时会同时有十二个病人，于是父亲发觉，达尔文就像他本人那样也善于博得病人的信任。他之所以设法把儿子送进爱丁堡大学医学系学习，是希望儿子将来能踏着父亲和祖父的足迹走，成为一个高明的医生，这是完全可以理解的。
伊拉司马斯和达尔文来到爱丁堡，租了一所有三个房间的住所：两个明亮的房间做卧室（他写信告诉父亲说，这样明亮的房间在这里是很少有的，因为这里的房间通常都是些“没有空气和光线的小洞穴”），另一间做客厅。他很喜欢这个城市。
达尔文办完了一切入学手续，报了如下一些课程：医学、化学、解剖学、临床课和外科学；他领了皇家医院实习证和大学图书证，后来他和哥哥都成了图书馆的经常的读者。
但大学的授课情况也使他大为失望：他认为几乎所有的课都是“极其枯燥的”。他对讲授医学课的邓肯常提出特别激烈的批评。他在自传里写道：“一想起在冬季早晨八点钟开始的脑膜治疗课，至今还有些可怕”。讲授人体解剖学的是亚历山大·门罗“第三”，他没有保持住在他之前由他的父亲和祖父讲授这门课程时所赢得的好名声。达尔文在对自己没有努力学习解剖表示遗憾时说：“他讲授的人体解剖，同他本人一样，也是枯燥无味的，因此这一门课程使我感到厌恶”；因为要是能学好这门课程那是会更有好处的。达尔文经常到医院门诊去实习。至于外科学，正如他后来所回忆的那样，他曾参加过两次危险的手术，但由于不忍目睹痛苦的场面，没等手术做完就跑掉了，因为这时还没有使用哥罗芳。
他唯一喜欢的课程是霍普的化学课。
在大学的第二年，达尔文又报了产科学、物理实验和自然史这三门课。关于他前两门课的学习情况，我们毫无所知；至于自然史这门课，我们已经知道他很早就对这门课程产生了兴趣。当时在爱丁堡大学讲授自然史的教授是岁伯特·詹姆逊。他的这门专业课包括动物学和地质学。他主要研究矿物学、海洋动物学和鸟类。此外他还出版讨论一般科学问题的《爱丁堡哲学杂志》和《新哲学杂志》。他的功绩还在于他在大学里建立了一个非常好的自然史博物馆，馆内陈列有极好的搜集品，这个博物馆当时被认为是第二个英国博物馆，仅次于伦敦英国博物馆。在地质学方面，詹姆逊所持的是着名的岩石水成论者魏尔纳那些极端的、早已过时的观点。
詹姆逊通过讲课，通过他对这门课程的兴趣和他对自己所领导的这个博物馆的兴趣，博得了同时代人的尊敬，如伊·福勃斯这样一位大博物学家就对他作出了好评。他于1826年讲授的《动物学》这门课程开头讲的就是人类自然史，然后主要讲授脊椎动物亚门和无脊椎动物，最后讲授《论物种起源》这门哲学课。
但是达尔文对这样的课程也未必听进去多少。他认为这些课程也是“极其枯燥的”。诚然，他的这个意见可能是对课程中的地质部分讲的，因为达尔文补充说：“这些课程对我所产生的唯一作用，就是保证我一生决不再读一本地质方面的书，决不研究这门科学”。幸而他没有恪守自己的这个保证。
但是，如果说从表面上看来达尔文很少研究医学、很少上必修课的话，那这并不意味着他对自然科学已失去了兴趣。相反，他找到了一种满足自己需要的方法。他常常到设在教学楼里的博物馆去，并同在那里工作的两位年轻的大博物学家交上了朋友。其中的一位就是罗伯特·格兰特博士，他当时才三十三岁，正是处于从事科学活动的风华正茂的时期。早在一八一四年，他就在爱丁堡获得了医学博士学位，在一八一五——一八二〇年间，他一直呆在巴黎和欧洲的其他一些设有大学的城市里，在那里研究医学和自然科学。当拉马克出版了自己的进化论着作《动物学哲学》（1809年），并准备和开始出版自己的无脊椎动物学方面的一部最重要的着作时，格兰特很快就到巴黎向拉马克学习了很多东西。他在这方面也进行了大量研究。他于一八二〇年回到爱丁堡，并考察了苏格兰和爱尔兰海岸，专门研究海洋无脊椎动物。他写了几部关于海绵动物重要着作（一八二五——一八二六年），他在爱丁堡附近的福斯湾海岸上对海绵动物做了大量的观察。他在这几年中写了十来本其他有关无脊椎的腔肠动物门、软体动物门、苔藓动物纲和甲壳纲方面的着作和几本有关脊椎动物亚门的着作，例如《羊驼》即巴西啮齿目的解剖学。
达尔文经常同这位精力充沛的年轻的博物学家去游览，帮助他在落潮后的水坑里收集动物，而他自己也尽力去研究如何对这些动物进行解剖。达尔文在一八二七年的笔记中提到，他在福斯湾发现了一种特殊的海鱼——“海雀鱼”，并“与格兰特博士一起对这种鱼作了解剖”。他们对鱼的内部器官，包括心脏和心瓣几乎进行了全面的研究。达尔文发现，格兰特表面上看起来显得冷淡和拘谨，但内心却极其热情。
有一次格兰特在同达尔文游览时非常高兴地谈论起拉马克的进化观点。达尔文一言不发，好奇地倾听着他的谈论。但无论是这些观点本身，还是格兰特对这些观点的迷恋，都没有给他留下很深的印象。在他的家庭当中，进化观点并不是什么新鲜玩艺儿。大概达尔文当时已经读了他祖父伊拉司马斯·达尔文所写的《动物生物学》和其他一些着作。不过他对所有这些纯理论的观点并没有产生多大的兴趣。他依然热衷于对生物界的考察和对动物机体的研究。
他同纽挨文尼的一些渔民结为朋友，并同他们一起去捉牡蛎。采捕机从河底捕了许多其他的动物，他对这些动物进行了研究。他在这一年的笔记中记载和描述了某些软体动物的产卵情况，描述了软体动物的幼虫，并简要叙述了珊瑚虫和海鳃。根据笔记的记载，他同另一位同学科利茨特里姆一起观察过一条鱼往圆盘和桡骨基之间特殊分泌囊里产卵的情况。笔记本中保存有几份动物统计表，显然他是把这些统计表放在笔记本内，旅行时随身带着的。这就是：“福斯湾和苏格兰其他地区的蠕虫”（这是从詹姆逊教授的着作中摘录来的）；一份在上述地区所找到的各种鱼类的统计表（这是由另一位博物学家编制的）；两份用以确定从各产地捕获来的鸟类的详细说明。
年轻的达尔文在爱丁堡结交的第二个青年科学家叫维利亚姆·马克——吉利弗雷。他比达尔文大十三岁。他由于发表了一些软体动物方面、特别是鸟类方面的着作而出了名。后来他又出版了一部论苏格兰鸟类的巨着。他送给了达尔文几个罕见的海贝，时常同达尔文交谈自然史中的各种问题。可能，他是支持达尔文对搜集鸟类和观察鸟类的兴趣的。正是在这个时期，达尔文向一个曾同鸟类学家沃捷尔通一起工作过的黑人学习制作鸟类标本。达尔文常常高兴地在这个黑人那里闲坐，因为“他是一个逗人喜欢和知识渊博的人”。上面谈到的两份确定鸟类的详细说明材料，足以说明达尔文对鸟类学具有浓厚的兴趣。
达尔文在爱丁堡的第二学年是在哥哥不在的情况下度过的。他在像他那样热爱自然科学的同学中结交了许多新朋友，这是很自然的事情。达尔文积极参加普利尼学生自然史学会的工作，这对他同这些朋友的接近起了很大的促进作用。
该学会是在詹姆逊教授的鼓励下于一八二三年创立的。学会会员们每星期二在爱丁堡大学的学院地下室里集会，宣读和讨论自然科学方面的着作。学会一共有一百五十名左右的会员，但是通常参加开会的人数不超过二十五人。学会秘书是格兰特。达尔文于一八二六年十一月二十八日被选为学会委员，而在下一个星期选举负责人和理事会时，他又当选为学会理事会五人成员之一。这当然说明了他在同学当中是一个非常有名的自然史爱好者，一个对自然史感兴趣的人。保存下来的学会记录记载有所有出席会议的人和所有参加辩论的人，这些记录表明，在达尔文担任学会委员的几个月中，一共举行了十九次会议，他只有一次缺席。他曾不止一次地在辩论时发言，例如他曾就自然分类问题和种类特征问题发过言。
一八二七年三月二十七日，达尔文在普利尼学会就自己的两项发现作了报告。这些发现都与观察海生动物有关。首先，他在一种小群体的黏附在海生动物底部的苔藓动物所谓的“卵上发现有纤毛”。当时人们一般都把“卵子”理解为早期发育阶段的胚胎，“细胞学说”（根据这种学说，一切有机体都是由许多细胞或一个细胞构成）只是在十二年以后才产生，而要使人们彻底承认动物的性发育也是从一个细胞即“卵细胞”开始的，则还需要二三十年的时间。因此，后来“卵子”的概念就缩小了，它只是关于这个单细胞阶段的概念。根据达尔文的发现，苔藓动物的“卵子”原来是一个周围布满了许多颤动纤毛的幼虫。
其次，他发现被当作藻类植物发育阶段的黑色小球状体，实际上是一种卵胶囊或者是水蛭产卵的卵袋，这种水蛭经常停留在海底的那些平坦的斜坡上，靠捕食其他生物为生。学会听取了达尔文的报告后，建议他把自己的发现写成论文，并在下一次会议上用实物说明他所论述的问题。下一次会议的记录中提到，达尔文展示了一个带有卵袋、卵子和幼虫和水蛭标本。他在笔记中用了四页半的篇幅来论述这些发现。
罗伯特·格兰特比达尔文早三天在爱丁堡魏尔纳学会作了关于这些发现的报告。看来，罗伯特·格兰特很关心自己这位年青朋友的发现，于是他就在玻璃表蒙子里培养了一些卵子和幼虫，观察它们幼龄菌落的形成，因此他作的报告要更为详细，并且使用了一些图画和实验标本来加以说明。他还在刊登于一八二七年七月份《爱丁堡科学杂志》上的一篇专门论文中论述了毛虫的卵袋，并提到了“确定卵袋正是属于这种动物的这种功劳，应该属于施鲁斯伯里的我的年青朋友达尔文先生，他曾友好地把卵袋连同卵子在各个成熟阶段上所孵化出来的动物标本提供给我。”
达尔文同普利尼学会主席团中的许多年青人关系很密切。他在《自传》中谈到了艾斯沃尔特、科利茨特里姆和哈第（可能是学会理事会的理事阿尔金加）。
主席团中还有三名同学，他们都比达尔文大两岁到四岁，都于一八二七年大学毕业。格兰特还带达尔文参加魏尔纳学会的一些会议，达尔文在这些会议上听了美国鸟类学家奥久邦关于北美鸟类习性的报告，达尔文也经常参加其他一些学会，如“皇家医学会”和“爱丁堡皇家学会”（由苏格兰着名的小说家和诗人华尔德·司各特担任主席）的会议。