了一些简单的植物实验。他发现，草的幼苗会向窗户的方向弯曲生长，这是因为阳光从一侧照射过来。达尔文注意到，如果把种子种在黑暗中，胚芽鞘会垂直向上生长；如果让阳光从一侧照射，胚芽鞘则会向阳光的方向弯曲。他进一步实验发现，如果把胚芽鞘的尖端切掉或用不透明的东西盖住，即使光还能照射到胚芽鞘，胚芽鞘也不会再向光弯曲。但如果用透明的东西遮盖胚芽鞘，胚芽鞘仍然会向光弯曲。此外，即使胚芽鞘被不透光的黑色沙土掩埋，只要尖端暴露在外，胚芽鞘仍然会向光弯曲。基于这些实验，达尔文推测在胚芽鞘的尖端分泌一种信号物质，这种物质向下输送到会弯曲的部分，导致胚芽鞘向光弯曲。这一发现后来在1880年出版的《植物的运动力》一书中得到了详细描述。
回到英国后，达尔文开始整理和研究他在航行中收集的大量资料。1838年，他偶然读了托马斯·马尔萨斯的《人口论》，从中得到了重要的启发。马尔萨斯指出，人口增长的速度总是超过食物供应的增长速度，这导致了生存竞争。达尔文从中领悟到，生存斗争在生物生活中具有重要意义，并意识到自然条件是生物进化中的“选择者”。不同的自然条件会导致不同的选择结果，从而推动物种的演变。
1842年，达尔文开始撰写一份关于进化论的大纲，并逐渐将其扩展为多篇论文。然而，他对发表这些研究成果非常谨慎，担心会引起宗教和科学界的强烈反对。1858年，年轻的博物学家阿尔弗雷德·华莱士独立提出了类似的进化论观点，并将他的文章寄给了达尔文。在好友的建议下，达尔文决定将华莱士的文章和他的部分论稿一同提交给林奈学会。这一举动标志着进化论的正式提出。
1859年11月24日，达尔文的巨着《物种起源》正式出版，立即引起了巨大的轰动。在这本书中，达尔文提出了“自然选择”理论，认为生物种群在自然环境的压力下，通过微小的变异和遗传，逐渐演化出适应环境的新物种。这一理论彻底颠覆了当时流行的神创论和物种不变论，引发了科学界和社会的广泛讨论。《物种起源》初版1250册在当天即告售罄，随后多次再版，成为科学史上的一部经典着作。
尽管《物种起源》的成功为达尔文赢得了广泛的声誉，但