當貝格爾號艦到達佛得角群島的聖地亞哥島時，那白白的由貝殼和珊瑚凝成的地層帶立即把他吸引住了，那正是陸地是由海底隆起的證據。在巴塔哥尼亞平原、安第斯山的考察也都證明了，賴爾的地質學原理是正確的，地球是逐漸變化的。這給了他很大啟示。
在考察中，最吸引達爾文的還是各地千奇百怪的動物、植物及其化石。它們使達爾文讚不絕口，經常處於“非常驚奇之中”。
在佛得角群島，到處是奇花異草，鬱鬱蔥蔥的草木中，活躍著各種昆蟲、珍禽異獸，光蝴蝶就有上千種。是什麼力量把大自然裝扮得如此美麗，創造出這樣種類繁多的動植物呢？
查塔姆島上，有一種身體巨大的貯水龜，它可以爬到很遠的地方找水源，不僅把肚子喝飽，而且把水貯存在膀胱和心囊中，因此它們可以生活在雨量極少的幹旱地區。這是否說明動物和環境之間有某種聯係？
在朋塔阿爾塔，他們挖到了一種劍齒獸的化石，它的身體像大象那樣大，可是牙齒卻像老鼠那樣小，眼睛、鼻子、耳朵又像生活在水中的海牛。為什麼現代不同類別動物的特征會集中在古代同一種動物身上呢？會不會是現代不同種的動物是由古代同一種動物演化而來的呢？
這些問題不斷引起達爾文的思考。
1835年9月，貝格爾號艦來到南美厄瓜多爾附近的因盛產巨龜被稱為巨龜島的加拉帕戈斯群島，在這裏考察了一個多月。
籠罩在茫茫無際太平洋海霧中的加拉帕戈斯群島由十幾個主要島嶼、幾十個小島組成。這裏的火山口表明，這個島不是很古老，如果上帝真是公元前4004年完成他的偉大創世行動的話，這個群島是在上帝創世後才形成的。
達爾文發現，這裏有許多當地特有的生物種類，而且不同島嶼之間的生物也有差異。他一共采集到193種植物，其中上百種就是當地特有的。
達爾文采集到26種鳥類，給他印象最深的是雀科鳥類。一共有14種地雀，表麵看來和南美大陸的地雀十分相似，但目光敏銳的達爾文卻發現，這些雀類嘴巴的大小、寬厚各不相同，有的喙長，有的喙短，有的喙大而堅硬，有的喙彎曲像小鉤子。
為什麼不同的小島上有不同的雀類呢？難道這是上帝的特意安排嗎？達爾文經過調查發現，這些地雀都是從南美遷來的。由於它們分布在相對隔絕的小島上，靠吃穀子、昆蟲、堅果等不同食物為生，於是喙就變得各不相同，成了不同的種。
5年的航海生活異常艱苦，當這艘不到一百英尺長的木船在大海中顛簸時，達爾文常常幾天幾夜暈船，嘔吐；當他們在荒無人煙的小島上考察時，往往十幾個小時喝不上一口水，還不時遭到毒蛇猛獸的襲擊……達爾文以堅強的毅力戰勝了種種磨難，他不僅采集到了大量珍貴的動物、植物、化石標本，記下了幾大本觀察日記，寫出多篇論文，更重要的是他拋棄了特創論的觀點，得出了一個科學結論，那就是生物進化論。
正像他自己所說的：“貝格爾艦航行是我一生中極為重要的事件，他決定了我的事業。”
物種起源之謎
達爾文深知，物種變化的觀點一旦發表，將會遭到教會的激烈反對，而且人們也不會輕易相信物種是變化的，他必須以確鑿的證據說明物種為什麼會變化。
回國後，他首先搜集動物、植物在家養情況下變異的事實。
他印發了許多調查表，向動物飼養家和作物育種家搜集資料，還廣泛閱讀書刊，包括中國的農書。
當時英國社會掀起一股養鴿熱，經常舉辦鴿子展覽和競賽。達爾文也參加了兩個養鴿俱樂部。
達爾文發現，家鴿的品種至少有20種以上，有的嗉囊肥大，有的鼻子很高，還有的尾羽很大，像一把扇子……他對各種類型的家鴿進行了解剖，結果發現這些家鴿雖然外型差別很大，內部構造和骨骼卻相差不多。他又進一步調查了這些家鴿的飼養史，原來，它們都是由一種野生鴿——岩鴿演變來的，是人為幹涉使它們演化為不同種類。
例如有一種突胸鴿，它的嗉囊像個皮球似的掛在胸前，那是開始時，人們發現有的鴿子的嗉囊比別的鴿子大一些，於是就專門挑選嗉囊大的鴿子進行交配，經過幾代連續交配，最後就培育出了突胸鴿。
他還考察了世界各地的馬。馬的顏色各種各樣，有白的、黑的、栗色的、花斑的……馬的類型也有許多種，有跑馬、馱馬……而原始的馬是黃棕色的，個子也很小。
野馬怎樣變成種類繁多的家馬呢？主要是人工選擇的作用。一旦馬的顏色有一點變異，人們喜歡什麼顏色的馬，就把它保存下來加以繁殖；在賽馬中，把跑得快的馬留下來繁殖，並加以訓練，就成了良種跑馬。
達爾文還觀察了金魚、細毛羊、奶牛、狗及各種花卉，他得出結論，是人類把家養生物改變得那樣完善。他寫道：“具有不同特征的動植物品種可能起源於共同的祖先，它們在人工幹涉下，逐漸形成了人們需要的新品種，我概括為人工選擇。”
使他感到迷惑難解的是，自然界的新物種又是怎樣形成的呢？這個問題日夜縈繞在他腦際中，連乘車時也在思索著。