Teori Darwin didasarkan pada gagasan variasi. Ini berpendapat  banyak sifat dan adaptasi yang membedakan spesies satu sama lain menjelaskan bagaimana spesies berevolusi dari waktu ke waktu dan secara bertahap menyimpang. Variasi dalam organisme terlihat jelas di dalam spesies yang dijinakkan dan di dalam spesies di seluruh dunia alami. Variasi dalam warna, struktur, organ, dan ciri-ciri fisik membedakan banyak spesies dari satu sama lain.
 Keturunan adalah mekanisme yang melanggengkan variasi, Darwin berpendapat, ketika sifat-sifat diturunkan dari orang tua ke anak. Namun, yang penting dari variasi-variasi ini terhadap Darwin adalah cara mereka membiarkan spesies beradaptasi dan bertahan hidup di dunia alami. Dia memberikan banyak contoh variasi yang menggambarkan adaptasi menakjubkan yang memungkinkan spesies untuk bertahan hidup di lingkungan alami mereka: paruh yang memungkinkan burung pelatuk untuk mengumpulkan serangga, sayap yang memungkinkan kelelawar untuk terbang, dayung yang memungkinkan lumba-lumba berenang, dan begitu seterusnya. Darwin berhipotesis  variasi kecil yang kita lihat dalam satu spesies  seperti variasi dalam ukuran, bentuk, dan warna organisme terkait dengan variasi yang lebih berbeda yang terlihat pada spesies yang berbeda. Teorinya tentang evolusi menjelaskan bagaimana variasi menyebabkan asal mula spesies.
Seleksi alam adalah komponen kunci dari teori Darwin, karena menjelaskan hubungan antara variasi dan evolusi suatu spesies. Meminjam prinsip Thomas Malthus tentang pertumbuhan populasi eksponensial, Darwin berpendapat  kemungkinan pertumbuhan ukuran populasi yang tak terbatas diperiksa oleh batas-batas geografi dan sumber daya alam, yang tidak akan memungkinkan jumlah makhluk tak terbatas untuk bertahan hidup.Â
Sebagai hasil dari makanan, air, tempat tinggal, dan sebagainya yang terbatas, spesies harus terlibat dalam "perjuangan untuk eksistensi," menciptakan persaingan untuk bertahan hidup. Lalu, apa yang memutuskan spesies mana yang akan bertahan hidup dan mana yang akan punah;  Di sinilah "seleksi alam" masuk. Darwin berargumen  organisme yang menunjukkan "variasi menguntungkan"  variasi yang memungkinkan mereka beradaptasi dengan lingkungannya lebih baik daripada organisme lain  akan lebih mungkin bertahan. Melalui keturunan, variasi menguntungkan ini akan ditularkan ke keturunan organisme.Â
Pada akhirnya, seleksi alam akan memungkinkan spesies-spesies itu yang terbaik beradaptasi dengan lingkungannya untuk bertahan hidup dan berkembang, sementara spesies tanpa adaptasi yang menguntungkan ini akan kehilangan perjuangan untuk eksistensi dan menjadi punah.
Seleksi alam adalah mekanisme yang mengarah pada "keturunan dengan modifikasi," istilah Darwin untuk proses evolusi. Organisme akan terus melahirkan keturunan yang membawa variasi, beberapa di antaranya menguntungkan dan beberapa di antaranya tidak menguntungkan.Â
Karena variasi menguntungkan secara alami dipilih dan diabadikan melalui generasi-generasi berikutnya, organisme yang membawa variasi menguntungkan ini akan menyimpang dari spesies aslinya, yang pada akhirnya menjadi spesies mereka sendiri. Modifikasi dan divergensi berkelanjutan, kemudian, menciptakan skema evolusi percabangan, di mana spesies baru terus-menerus bercabang dari yang lama.Â
"Cabang" membantu ahli biologi menghubungkan spesies kemudian kembali ke spesies induk asli, mengidentifikasi titik di mana spesies berbeda terkait satu sama lain. Darwin mencatat  sistem klasifikasi yang ada yang dikembangkan oleh para naturalis sudah menunjukkan hubungan antar spesies ini. Teori keturunan Darwin dengan modifikasi, kemudian, hanya memberikan penjelasan mengapa banyak spesies tampak sangat mirip: Entah mereka berevolusi dari satu sama lain, atau mereka berdua berevolusi dari spesies induk yang sama.
Setelah menguraikan prinsip-prinsip utama teorinya dalam bab-bab awal Origin of the Species, Darwin mencurahkan sebagian besar sisa buku untuk mempertahankan teorinya melawan kritik dan menyajikan contoh terperinci tentang bagaimana seleksi alam terjadi. Catatan geologis adalah hambatan besar bagi teori Darwin, karena catatan fosil yang ada tidak memberikan "mata rantai yang hilang" dalam rantai keturunan yang diajukan Darwin. Sebagai tanggapan, Darwin berpendapat  catatan geologis tidak sempurna dan banyak fosil yang tersisa telah dihancurkan oleh perubahan di bumi atau belum ditemukan.
Darwin berusaha menjelaskan bagaimana variasi terjadi pada spesies, mendorong seleksi alam dan penciptaan spesies baru. Isolasi geografis adalah komponen kunci dari teori Darwin. Darwin berhipotesis  karena semua spesies berasal dari satu atau beberapa makhluk asli, spesies memerlukan moda transportasi untuk bermigrasi di antara wilayah geografis di seluruh dunia. Rintangan seperti samudera dan pegunungan membatasi kemampuan organisme untuk bermigrasi, dan beberapa yang berhasil melakukannya memainkan peran besar dalam membentuk evolusi spesies di pulau-pulau dan di wilayah yang secara geografis terisolasi. Isolasi geografis menyumbang kebanyakan spesies unik di pulau-pulau, serta distribusi spesies yang lebih luas di seluruh benua.
Teori Darwin tidak hanya menantang pandangan umum tentang penciptaan spesies secara independen, tetapi klaim agama dan sains yang lebih besar. Darwin secara eksplisit menyangkal validitas teologi alami, yang mengemukakan  adaptasi spesies terhadap lingkungannya merupakan bukti "rancangan cerdas" mereka oleh seorang pencipta. Adalah seleksi alam, bukan ciptaan independen, yang menghasilkan adaptasi ini, Darwin berpendapat. Selain itu, penggunaan metodologi ilmiah oleh Darwin untuk membuktikan teorinya sama dengan kritik eksplisit para naturalis yang akan berusaha mengabaikan keabsahan ilmiah teorinya karena sifatnya yang kontroversial.Â