Jadi Darwin melihat makhluk hidup dalam proses perkembangan mereka. Darwin mengamati jauh lebih banyak daripada kutilang Galapagos. Darwin mendokumentasikan varietas dan variasi organisme dan distribusi geografisnya. Pasti terpikir olehnya untuk mempertimbangkan bagaimana pelatuk 'asli' di daratan datang ke sana. Jika burung kutilang Galapagos ini berkembang ke keadaan sekarang, burung pelatuk juga harus berkembang untuk sampai ke tempatnya.
Dan apa yang dilakukan pelayaran Beagle untuk Darwin adalah untuk mengenalkan kepadanya gagasan  ada perkembangan organisme yang telah dia lihat begitu banyak contoh. Organisme tidak statis, mereka tidak tetap sama sepanjang waktu, mereka berubah, mereka berevolusi.
Gagasan evolusi tidak berasal dari Darwin. Sudah ada ilmuwan yang menyarankan evolusi. Di antara mereka ada Erasmus Darwin, kakek Charles Darwin, dan ilmuwan terkenal lainnya, Lamark. Dia menyarankan agar hewan berevolusi dan melakukannya dengan menyampaikan fitur yang telah mereka kembangkan selama hidup mereka. Contoh terkenal yang dia berikan adalah  jerapah meregangkan leher mereka untuk mencapai daun di pohon dan leher mereka menjadi lebih panjang. Leher yang lebih panjang ini diteruskan ke keturunannya, yang juga meregang, dan seterusnya menghasilkan leher yang sangat panjang. Ini disebut warisan karakteristik yang diperoleh, yang diejek tanpa pembenaran oleh kaum neo-Darwinis. Lamark telah mengedepankannya sebagai teori mekanisme evolusi, pada waktu itu ia tidak memiliki cukup bukti untuk membuktikannya, tetapi tidak juga dibantah. Darwin tidak menolak gagasan ini, meskipun dia sendiri tidak mengembangkannya selain pada satu tahap yang menyatakan  zat yang dibawa dalam darah membawa informasi ke sel-sel kelamin untuk ditularkan kepada keturunan. Namun saran terakhir ini bukanlah papan utama teorinya.
 Darwin  melihat bukti evolusi dalam fosil dari pengamatannya sendiri dan karya orang lain. Sangat jelas  ada beberapa jenis organisme yang pernah hidup di bumi yang tidak lagi ada di sini. Darwin menyarankan  setidaknya beberapa dari mereka telah berkembang menjadi bentuk-bentuk baru, dan seterusnya hingga saat ini. Ada banyak ketidaksepakatan dengan gagasan perubahan ini. Seorang paleontolog terkenal bernama Cuvier mengemukakan gagasan  bentuk setiap jenis organisme tidak berubah, semuanya diciptakan secara khusus dan jenis-jenis itu tidak lagi hidup, tetapi terbukti dari catatan fosil, semuanya mati dalam bencana seperti 'banjir' .
Tetapi paleontologi, catatan fosil, memberikan bukti lebih lanjut untuk evolusi. Misalnya ada beberapa deposit kapur yang membutuhkan waktu sekitar 10 juta tahun untuk diakumulasikan. Batuan ini dibentuk oleh pengendapan cangkang makhluk air kecil selama periode waktu yang lama, dan batu yang terbentuk memiliki kedalaman 1.500 kaki. Dalam kedalaman sekitar 500 kaki dari batu kapur ini ditemukan fosil hewan kecil yang disebut landak laut. Batu setinggi 500 kaki ini akan membutuhkan waktu 4-5 juta tahun untuk terbentuk. Fosil landak laut di bagian bawah adalah binatang yang hidup lebih lama, mereka yang lebih tinggi lebih baru. Dengan demikian ada bukti serangkaian fosil hewan yang membentuk garis keturunan. Bentuk cangkang dan susunan duri mereka berangsur-angsur berubah dengan perkembangan dari yang paling kuno, naik melalui bebatuan ke apa yang jelas keturunan mereka. Organisme ini telah berkembang; mereka telah berevolusi.
Contoh lain yang terkenal dari paleontologi adalah kuda. Perubahan yang jauh lebih besar dari pada contoh landak laut dapat dilihat dalam serangkaian fosil yang menunjukkan perkembangan dari Eohippus (sekarang disebut Hydracotherium ), makhluk mirip kuda yang sangat primitif tentang ukuran terrier yang fosilnya ditemukan di bebatuan terbentuk 60 juta tahun yang lalu, melalui tahap-tahap yang berurutan di bebatuan yang lebih baru, ke kuda modern.
Eohippus memiliki tiga digit ('jari kaki') di kaki belakang dan empat di kaki depan. Di antara perubahan lain, termasuk peningkatan ukuran, fosil berturut-turut menunjukkan bagaimana digit sentral berkembang sementara yang lain secara bertahap menghilang, menghasilkan kuku tunggal dan tulang jari kaki panjang kuda modern. Anggota badan seperti itu sangat cocok untuk berlari cepat dan berkelanjutan di atas tanah yang relatif kuat.
Darwin telah membangun cukup banyak bukti yang mendukung evolusi (yang kemudian ditambahkan) dan ketika ia pulang dari masa hidupnya bersama Beagle, ia dapat memperluas studinya ke arah lain. Darwin mempelajari pembiakan hewan dan tumbuhan. Seperti yang ditunjukkan oleh Engels dalam Dialektika Alam, Inggris adalah tempat yang baik untuk melakukan itu karena pengembangbiakan hewan dan tumbuhan di Inggris jauh lebih maju daripada di tempat lain di Eropa. Selain itu, sebagian besar perkembangan utama baru-baru ini, telah terjadi dalam 100 tahun sebelumnya.
Darwin mengatakan  peternak hewan mengambil fitur-fitur yang paling ia inginkan pada seekor hewan dan mencoba melestarikannya. Ini tidak akan berhasil jika setiap hewan benar-benar identik. Anda dapat melihat bidang domba dan dengan mata yang tidak dipraktikkan, bukan petani, semua domba terlihat sama. Tetapi ada banyak variasi dalam kawanan domba, atau kawanan ternak, atau ladang gandum dan sebagainya.
Atas dasar variasi ini, peternak dapat memilih hewan dengan fitur 'terbaik', berkembang biak dari mereka, memperoleh generasi hewan dan tumbuhan masa depan yang memiliki fitur yang disukai itu dan di dalam variasi baru dan yang berubah pilih lagi dan secara bertahap, dan tidak selalu demikian. lambat laun, perubahan yang cukup besar bisa dicapai. Sungguh luar biasa  dalam pembiakan anjing misalnya dalam satu spesies tunggal, spesies yang dapat berkembang biak dalam dirinya sendiri,  memiliki bentuk yang sangat berbeda seperti Chihuahua, Dachshund, Great Dane, dan Irish Wolf Hound. Perbedaan di antara mereka jauh lebih besar daripada dengan apa yang dianggap sebagai spesies yang berbeda. Irish Wolf Hound lebih berbeda dalam penampilan umumnya daripada Chihuahua dibandingkan dengan anjing hutan Amerika Utara, serigala atau dingo.
Dari pengamatan ini, Darwin mengembangkan teorinya, yang melampaui fakta  evolusi terjadi. Dia kemudian menyarankan setidaknya sebagian dari mekanisme yang dengannya evolusi terjadi, dan dia menyebutnya "seleksi alam". Dia menyarankan  dengan cara yang mirip dengan pemilihan fitur oleh pemulia tanaman dan hewan, lingkungan fitur yang dipilih secara 'alami'. Hewan-hewan dalam populasi dengan ciri-ciri yang paling cocok untuk hidup di lingkungan tertentu akan lebih mungkin untuk bertahan hidup dan berkembang biak dan meneruskan fitur-fitur itu ke keturunan mereka. Dengan demikian fitur akan menjadi semakin banyak di populasi. Mereka akan 'dipilih' oleh lingkungan.