在群岛上，达尔文还观察到了岛上所有的26种小鸟。在这26种小鸟中，有十四种地雀。乍看起来，它们和南美大陆的地雀十分相似，因此，过去的旅游者，谁也没有注意到它们的特点。但是目光敏锐的达尔文却细心地作了比较，并且着重分析了这些地雀的嘴巴与其他特征：他发现这十四种地雀，虽然都与南美洲的地雀相似，但是它们的嘴巴在宽厚、大小等方面又不完全一样，并且还有其他小的差异。这是什么原因造成的呢？经过调查，他才知道，群岛上的地雀都是由南美洲迁移来的，由于群岛上的生活环境与南美洲不同，它们的形态就渐渐地发生了变化。
在几年的考察活动中，达尔文耳闻目睹了生物界的大量变异的事实，终于抛弃了《圣经》上关于物种不变的观点，大胆地提出了物种可变的设想。
1835年底，“贝格尔”舰驶离了加拉帕戈斯群岛，横越太平洋、印度洋，绕过好望角，胜利返航了。
1836年10月2日，达尔文激动地登上了祖国的海岸。
“物种是可变的！”这是达尔文经过航海实践得出来的结论，也是他艰苦卓绝的劳动结晶！五年环球考察期间，达尔文经常冒着猛兽毒蛇袭击的危险，忍受饥渴，单身深入到陆地内部甚至是渺无人烟的原始地带，寻找化石，采制标本。为了接近群众，他还孜孜不倦地学习各种方言和外语。为了采到动物标本，他学会了各种狩猎的技术，例如他曾从拉巴拉他土著人那儿学到了捕捉美洲狮的本领。……
达尔文向大家介绍了巴塔哥尼亚的大沙漠和笼罩着原始森林的铁府依苟群山；详细地讲述各种美丽的珊瑚礁和形态奇异的圣赫勒那岛；还有因火山而“升起”的圣牙果岛屿以及种种地质奇观和热带生物……
他无限喜悦地说：“贝格尔舰的环球航行，在我的一生中是极其重要的事件，它决定了我的整个事业。”
《物种起源》的起源
达尔文一回到伦敦，立刻开始研究在考察期间所搜集的化石标本。从1836年7月，他便着手整理第一部关于说明物种起源的事实笔记，以后的22年，他不断的研究，直到《物种起源》的发表。
达尔文虽然在航行期间形成了物种可变的科学见解，但是物种为什么发生变化，各种生物之间有什么联系，都是未解之谜，达尔文决心揭开这秘密中的秘密。
达尔文深入到群众中间，与老农、育种家、园艺家交谈，倾听他们介绍人工选育良种的实践经验。
同时，达尔文又重点研究了家鸽品种起源的问题。他请朋友从中国的福州、厦门以及印度和波斯等地寄来当地的鸽子标本，并参加了伦敦的两个养鸽俱乐部的活动，达尔文注意到：家鸽中有的嗉囊肥大，有的鼻子很高，有的尾羽特别发达，……至少有20种明显不同的外形。达尔文找出各种类型的代表分别进行解剖，发现它们尽管外形差异很大，但是内脏和骨骼的构造基本上相同。他进一步调查和研究了家鸽的饲养史。原来，不同种类的家鸽它们的祖先都是岩鸽；岩鸽由野生转为家养后，因生活环境的改变，经过长期的人工培养才形成了各种各样的鸽子。假如有人喜爱嗉囊大的品种，就挑选肥囊的家鸽进行交配，经过几代连续选择，就能培养出嗉囊像皮球似的球胸鸽了。
有一天，达尔文在公园里看到各种金鱼，有红的、灰的、黄的、黑的，还有花斑的，有的头戴花冠，有的尾鳍优美，真是五颜六色，光彩夺目，达尔文自言自语道：它们又是怎么形成的呢？
后来，达尔文才知道，在中国的宋朝，就有人把一种带朱红色鳞的鲫鱼放在缸里饲养，由于生活环境改变了，鱼就渐渐表现出各种形态上的变异，人们把不同形态的鱼挑选出来，分缸饲养，结果变化越来越大，经过将近千年的不断选择，终于培育出现在的不同品种的金鱼。
有一次，达尔文去参观一个展览会，这是英国政府为提倡培育动植物新品种而举办的。他在会上看到细毛羊、大白猪、斗鸡、飞鸽、跑狗和各种艳丽的花卉。这些群众创造的育种奇迹，更加深了达尔文对人工选择作用的认识：具有各种不同特征的动植物品种，可起源于共同祖先；它们在人工的干预下，保留和发展了对人有利的变异，逐渐形成了人们所需要的新品种。达尔文把这种用人工培育新品种的过程，称为“人工选择”。
这个问题解决了，达尔文又向自己提出了另一个问题：那么，生存于天然条件下的更大量的物种又是怎样变化的呢？有没有类似人工选择的过程？达尔文继续思索，甚至乘车的时候也在考虑着。
他想到北大西洋马德拉岛上的昆虫，它们当中大部分翅膀退化，不能飞；而少数的翅膀却特别发达。为什么岛上的昆虫会有这样的特殊类型呢？经过分析，达尔文明白了：原来，马德拉岛上经常刮大风，会飞的昆虫，大部分被大风刮到海里淹死了。只有少数翅膀特别发达和爬在地上不善于飞行的昆虫侥幸生存下来。经过许多年代，一般会飞的昆虫渐渐灭种了，于是，岛上只剩下翅膀特别发达和不会飞的昆虫。
他研究了大量的类似的例子，得出了结论：在自然界的确存在着类似人工选择的过程。他认为任何一种生物，它产生的后代，不可能都是完全一样的，多少总有些变异，其中有些变异是可以遗传的。另外，生物必须跟生活的环境作斗争，才能生存和传留后代。在斗争的过程中，那些产生了有害于生存变异的，就会被淘汰；那些产生有利于生存变异的，就会被保留下来。也就是说，一种生物产生的后代，能够适应环境的就生存下来；不能适应环境的，就被淘汰了。他把这个过程叫做“自然选择”。他认为现代生存的各种各样的生物都是由少数原始生物，经过很长很长时间的变异、遗传和自然选择的过程，从低级到高级，从简单到复杂，逐渐进化来的，而决不是什么上帝创造的。他把这个思想告诉了他的朋友赖尔和霍克以及他的哥哥，并且说：“我要写一本《物种起源》！”
达尔文开始写书了。在紧张的工作中，一个又一个的困难和意外事件向他袭来！1856年6月，当他写到第十章的时候，他的小儿子患了可怕的猩红热，达尔文清楚地记得七年前惨痛的一幕：正是这种疾病，夺去了他心爱的小女儿——年仅10岁的小艾莉的生命啊！达尔文含着泪水，痛苦地倾听着耳旁回响着的小儿子的呻吟和妻子的哭泣……不久，孩子就永远离开了他！亲人死亡的痛苦揪住了达尔文的心。他忍受了极大的悲伤，怀着把毕生精力献给科学事业的无比热情，顽强地坚守在为人类工作的岗位上。
1858年夏天，又遇到了一件意外的事。
三年前，达尔文结识了一位朋友，名叫华莱士，他从侨居的马来群岛邮来一篇论文：《论变种无限地离开原始型的倾向》。达尔文打开一看：顿时惊住了！华莱士的观点和他的著作竟如此“惊人地相似！”他说：“即使华莱士手中有过我在1842年写出的那个稿子，他也不会写出一个比这手稿更好的摘要来，而现在甚至他用的术语都成了我书中章节的标题。”
面临这样的现实——只要他推荐，华莱士就将抢先得到发明权了！虽然华莱士在信里只是写道“如果您认为这篇文章有价值的话，请您转给赖尔看一看。”但是正直和忠诚的达尔文却决定：放弃自己二十年来的研究成果和停止大规模的写作，单独发表华莱士的文章。