达尔文完成“贝格尔”号航行后不久，他就在头脑中已经有了生物进化的思想。1837年7月，他已创建了共同祖先学说。虽然此后他仍继续在为共同祖先学说收集证据，但是对“生物是进化的”这个事实的正确性就再也没有怀疑过。令他疑惑不解的是“生物是如何进化的”这个问题。他在1838年9月28日这一天，有了突破。他在自传中写道：“在我已开始从事有系统的探讨15个月后，我碰巧为了消遣阅读了马尔萨斯的《人口论》，而通过长期持续地观察动植物习性，我已为认识到无处不在的生存斗争做好了准备，不由恍然大悟，在这些条件下，优势的变异将倾向于被保留，而劣势的变异将会被消灭。其结果将会是形成新的物种。这样，我由此终于有了一个可用于研究的理论了。”
达尔文后来称其为自己选择。达尔文本人一直把这个学说的创建归因于阅读马尔萨斯《人口论》进获得的灵感，这显然是过于谦逊和简单化的。达尔文说过，启发他的并非《人口论》全书，而仅仅是书中的一句话，即“可以很安全地宣布，人口在不受控制时，将每25年翻一番，或者说以几何速率增长。”也就是所谓马尔萨斯原理。生物过剩的繁殖力这一事实，在达尔文所熟悉的佩利、赖尔等人的著作中也都提到了，是一个众所周知的事实，那么为什么此前没有人由此受到启发提出自然选择学说呢？由生物过剩的繁殖力很容易联想到生存竞争，但是由生存竞争联想到自然选择却困难得多，后一联想，完全是达尔文在那15个月内的研究所引起的观念变化和思想准备导致的，与《人口论》毫无关系。自然选择并不是一个简单明了的观念。在《物种起源》第四章的结尾，达尔文用两个长句子对这个学说做了总结：“如果在漫长的岁月中和多变的生活条件下，有机体在它们的构造的一些部位存在变异的话，而我认为这是无可争议的；如果由于每一物种的高度的几何级数的增长，在某个时期、季节或年代，存在严重的生存斗争，而这肯定是无可争议的；那么，考虑到所有有机体彼此之间和它们与生存条件之间的关系的无限复杂性，导致的在结构、组成和习性方面的无限多样性，和对他们所具有的优势，如果从来没有出现对每一个体的利益有用的变异，就像已出现如此多的对人类有用的变异一样，我想这会是最极端反常的事情。但是，如果对任一个体有用的变异的确发生了，具有这样特征的个体肯定将会有更好的机会在生存斗争中获得保存；而根据强大的遗传法则，他们将倾向于产生有相似特征的后代。为了简单起见，我将这个保存原则称为自然选择。”
这个总结也揭示了达尔文进化思想的推导过程。我们可以对自然选择的推导过程做一番整理。自然选择学说是由四个事实、两个推论得出来的。事实一：生活资源有限；事实二：生物繁殖力过剩；推论一：生物后代的绝大部分必须灭亡（生存斗争）；事实三：生物后代之间存在可遗传的变异；事实四：不同的变异可以有不同的生存能力和繁殖能力；推论二：在生存斗争中，劣势的变异将逐渐被淘汰，优势的变异获得生存并留下后代（自然选择）。
事实一和事实二很明显，马尔萨斯也曾强调过，因此这第一个推论，可以归功于从《人口论》中受到灵感。事实三和事实四的获得，如达尔文所说，来自于他“长期持续地观察动植物习性”，特别是对动植物培育——他后来称之为“人工选择”——的研究。但是要能够归纳出这两条事实，却首先要有两个观念上的突破：1.由本质论思维变为“群体思维”。传统的本质论认为，每个物种都有一个不变的本质，只有本质才是真实的、重要的，而个体的变异是可忽略的、不重要的。群体思维恰恰相反，认为本质只是一种抽象，是个体性状的平均，个体的变异才是真实和重要的。这种注重群体（由形形色色的个体所组成）的思维方式，是达尔文首创的，尽管他并没有意识到。
2.由“软式遗传”观念变为“硬式遗传”观念。在达尔文之前，人们普遍相信后天获得性能够遗传，认为遗传物质是“软”的，很容易随环境的作用、后天的使用情况而改变。这种遗传观念是和自然选择观念相矛盾的，因为生物体总是能够直接通过改变性状以适应变化的环境，而不会被淘汰，而优良的性状也不会不变地遗传下去。达尔文虽然没有完全否认后天获得性能够遗传，但是他特别强调可遗传的先天变异，这构成了选择的基础。
在达尔文之前，有些学者提出了某些看上去很像自然选择的观点，经常被人视为达尔文的先驱者，但是事实上他们的观点与自然选择根本没有关系，或者只涉及自然选择的某个方面。例如，古希腊哲学家恩培多克勒（约公元前492～前432年）曾被有些人当成是早期进化论者。恩培多克勒认为所有生物都是从土地上自然生出来的。动物最初生出的是身体的各个部分，没有躯干的头和四肢，没有口或眼的头等等，它们散布四方，出现了各种形状的动物，不能形成完整躯体的就灭亡，能形成完整躯体的就生存、保留了下来。把这种稀奇古怪的幻想当成进化论或适者生存的自然选择是很不恰当的，不同身体部位的结合并不是一个进化过程，躯体的完整与否也不属于对环境的适应。
有些人认为布丰也曾提出过自然选择学说。他解释物种的灭绝时说过：“所有不完美地组织起来的身体和所有有缺陷的物种，都将会消失，只有最有力量和最完整的形态才会保留下来，就像今天所见到的，不管是植物还是动物，都布丰于1749年间发表了一套36册《大自然的故事》是这样。”类似的“淘汰”学说还有其他人提到过。这只是提及了淘汰不良形态、保留最佳形态的稳定性选择，而完全没有涉及自然选择学说中最关键的部分：对优良性状的选择将会产生新的形态、新的物种。
19世纪早期，有两个英国人也曾经论述过自然选择的观点。一位是医生威廉·威尔士，他去世后才发表的一篇讨论人类肤色的变异的论文在补遗中提到过自然选择。另一位是博物学家帕特利克·马修，他在1831年出版的书籍《海军用木和树木栽培》的附录中也阐述过自然选择观点。但是他们都只用自然选择原理来解释物种内部的变化，而且只是做了推测，没有提供足够的证据来支持其观点。他们对这个原理的重要性也毫无认识，只是在偏僻出版物的补遗、附录中顺笔提到，很少有人知道，对科学研究根本没有产生影响。达尔文留下的笔记表明，他在《物种起源》发表之前，对这两人的工作一无所知。在《物种起源》发表后，马修才宣布他拥有优先权，但是他承认他只是把自然选择当成一个不证自明的、凭直觉获得的事实，从来没有想过要像达尔文那样去推导、证明它。
进化论的提出是有着科学依据的，但就其自身而言，可能还存在着某些不足，下面是一些学者对进化论的剖析。达尔文的进化论最初是作为一种假说被提出来的。除达尔文本人从对一些植物、动物形态的观察得出的推论外，没有确凿化石证据。达尔文在《物种起源》书中谈到化石时，标题为“不完美的地质记录”。他承认在当时的化石研究中没有证据显示有物种间过渡类型的存在，并指出这可能是最易于检验而又具有杀伤力的反进化论的理由。他看到了进化论的先天缺陷，并希望后人能予以验证。但是直到今天，进化论已成为人们普遍相信的真理。在当今任何一本生物学杂志上，已经找不到任何质疑进化论的论文了。斯考特和柯勒在20世纪80年代初，检索了当时的4000多种学术刊物，未发现任何一篇反进化论的论文，在68种与生物起源有关的学术期刊中，也未发现任何一篇是质疑进化论的。有人在1997年调查了世界上最大的五种期刊数据索引，也未发现反进化论或非进化论的论文。进化论者自豪地宣称，进化论对神创论已取得了决定性的胜利。似乎进化论的合理性及不言自明性又得到了一次证明。
进化论并非决对真理，斯考特和柯勒的工作还发现，在1985年提交的135000篇论文中，确有18篇论文是反进化论的和非进化论的。而这18篇论文无一例外地遭到拒绝发表。进化论并非完美无缺，而是它的维护者不允许任何针对它的挑战。这更加给人一种印象：进化论并不是确立于自身学说的科学性和完美程度，而是确立于众多崇拜者的信仰。进化论并非卡尔意义上的“经验科学”，而是一个假说，信仰和并不完美的证据的杂合体。
在科技迅猛发展的今天，我们科学研究所发现的东西，已经足以让人们重新考虑进化论的正确性了。但这些事实要么被回避，要么被抹杀，人们在思维定式的驱使下，自觉或不自觉地成为盛行理论的卫道士，而丧失了独立思考的能力。这是不符合理性的科学精神的。一个真正的科学家，应正视旧理论的缺陷及其面临的挑战，并勇于摆脱束缚。只有这样，科学才能向前发展，人类才能向前推动。
达尔文主义自身的缺陷
从比较解部学方面来看，进化论者通过动物的器官在形态和功能方面的类比，定了所谓的同源器官，并由此说明在进化树中某一谱系的动物该器官在进化中发生的形态与功能的变化是自然选择的结果。首先，同源器官的定义就非常牵强，你必须首先承认动物是进化的，才能找到同源器官。因此这绝不能算作进化论中的一个证据，而只能是一个推论。即我们只能说因为进化论正确，所以进化树中某一谱系中的动物存在同源器官，而不能说同源器官的存在证明进化的存在。现代基因学和遗传学诞生后，对生物体形态与功能的关系在更本质的层次——基因及分子水平有了崭新的认识。
和功能只是表相，它们是由基因决定的，相同的形态可能对应于完全不同的基因。如果认为从鸟类的翅到哺乳动物的前肢是进化的话，那么它们的基因也应表现为对应于形态相同程度的进化。但实际上并非如此，如果现在仍有人试图从表面现象说明问题，只能被认为是肤浅的。
从古生物学角度来看，达尔文主义自身的缺陷还存在以下几个方面：
1.凌乱的化石证据
无论是进化论者还是反进化论者，都希望古生物化石能辅证自己的观点。如果说达尔文时代缺少化石记录的话，那么到今天为止，人类已收集了数以万吨记的化石，是否已证明进化论的正确了呢？事实上依然不能。芝加哥的菲尔德自然历史博物馆的一位古生物学家本是进化论者，但后来不得不放弃自然选择学说，而支持幸运者生存说。他说该馆拥有现有已知化石物种的近1/5，可是已经确证的中间过渡类型的化石比达尔文时代还少。现有化石记录混乱不堪，人为按进化论组成的谱系漏洞百出，根本不能说明问题。进化论者们所使用的分类方法及标准又不同，因此对某一化石的断代也经常争论不休，得不到一个统一的结论。
进化论者常用的一个较为完备的进化谱系证据是脊椎动物序，包括从鱼类到两栖类，爬行类，鸟类，哺乳动物，直至人的进化。从鱼类到两栖类，曾发现一种叫骨鳞目鱼的鱼化石，其骨骼特征类似于两栖类，因此被认为是鱼类到两栖类的过渡类型。但当另一种叫空棘鱼的活化石发现后，这种观点被立即推翻，因为这两种动物在进化谱系中的亲缘关系是极近的，但研究表明，空棘鱼并无任何上岸的可能性。曾经轰动一时的始祖鸟（archaeopteryx），曾被视为进化论的铁证，因为它既具有爬行动物的特征，又具有鸟类的特征而被视为一个著名的过渡类型。后来发现，始祖鸟所具有的爬行类特征，始祖鸟曾被视为进化论的铁证如爪和牙齿，在现代鸟类中也存在。也就是说这个证据并不能用于判定鸟类与爬行类的过渡类型。另外，杰森早在1977年《科学》上发表的论文指出，与始祖鸟同一地层出土的化石被怀疑为近似于现代鸟类动物的股骨，因此，始祖鸟即非“始祖”，也非种间类型。1991年在中国辽宁发现的年代与始祖鸟相同或更早的鸟类化石，更加深了始祖鸟的地位危机。
拉马古猿在人类进化的过程中起关键性的作用。它的下颌骨兼具人类与猩猩的特征，牙床结构类似于人，不具有猩猩的门齿与犬齿，但上下颌的距离与颌骨的长度又近似于猩猩，这被视为是进化论的一个铁证。然而后来在非洲发现的一种狒狒与拉玛古猿具有相同的牙齿及面骨特征，但却被视作一种狒狒。由此可见，这个判断也是模棱两可的。
2.寒武纪生物大爆炸
达尔文对进化论最终评价道：“如果可以证明任何复杂的器官不能通过无数的、持续的、微小的改变形成的话，我的理论将绝对失败。”