厄瓜多爾以西的加拉帕戈斯群島上的生物達爾文對加拉帕戈斯群島上的生物群有很深的印象。加拉帕戈斯群島在厄瓜多爾以西約1000公裏處，由16個或大或小的火山島組成，島與島之間的距離往往隻有幾公裏。我們現在知道，這個群島形成於大約400萬年前，從來未跟南美大陸連在一起。1835年9～10月，達爾文在島上觀察了五個星期。那裏的動植物雖然總體上跟南美大陸的相似，但又有著明顯的、與大陸動植物不同的特征，例如，那裏沒有吃蟲的鶯和啄木鳥，卻有多種鳴雀有吃蟲的習性，而這類雀在其他地方是以吃種子為生的。而且，這個群島的加拉帕戈斯群島上的山雀一些島上，也有自己的特有種，其形態與其他島上的特有種既相似又不同。達爾文寫道：“有幾個島擁有屬於自己的龜、效舌鶇、鳴雀和眾多植物的物種，這些物種有相同的一般習性，占據類似的地勢，並明顯是填補了這個群島的自然體係中的相同位置，正是這種情形使我感到驚奇。”這些物種中最引人注目的是那些巨龜（“加拉帕戈斯”的在西班牙語的意思就是龜）。它們成群結隊地在島上的沙灘上漫遊，總共有 14種或亞種，而且島與島之間的巨龜的形態——特加拉帕戈斯群島上的巨龜別是龜殼——差別非常大，以至於島上的副總督向達爾文吹牛說，他隻要瞄一眼，就知道哪隻龜是哪個島上的。為什麼上帝要在這小小的角落顯耀他的創造才能，他真有必要專門為這裏創造出這許許多多獨一無二的物種嗎？達爾文忙於做地質考察和采集標本，沒有時間仔細思考上述問題。
離開加拉帕格斯群島後，他開始細細回味在島上的所見所聞。1836年7月，他在日記中記載下：“這個群島的動物學值得仔細研究，因為它可能會推翻物種恒定的觀念。”群島上的效舌鶇對達爾文進化思想和形成起了重要作用。他在群島上采集到三種效舌鶇標本，看上去與美洲大陸的效舌鶇很相似，當時他以為是由大陸的效舌鶇演變來的三個變種。1837年3月他回到英國後，把標本交給著名鳥類學家約翰·古爾德鑒定，古爾德告訴他那不是三個變種，而是三種不同的物種。他恍然大悟，明白了地理隔離能夠產生新物種：美洲大陸的效舌鶇在偶然（例如，被風吹裹）到達加拉帕格斯群島之後，其後代以不同的方式適應新的環境，不是演變成了三個變種，而是變成了三個新的物種，物種是可變的！這顯然要比認為上帝無緣無故地分別給不同的島嶼創造了不同的物種要合理得多。他進而開始創建共同祖先學說：如果群島上的三個效舌鶇物種都源自一個共同祖先——美洲大陸的效舌鶇，那麼也可以聯想到，所有美洲大陸的效舌鶇物種也都源自一個共同祖先，以此類推，所有的屬、科、目、綱……所有的生物，都源自共同祖先。
書是我們時代的生命。——別林斯基
共同祖先學說達爾文《物種起源》的結束語是這樣寫的：“這種觀點是宏偉壯麗的：生命及其若幹威力最初被賦予幾種或一種類型；而且，在這顆行星依據引力的既定定律運行之時，從如此簡單的一個開端，最美麗和最奇妙的無窮無盡的類型已經和正在進化。”
地球上所有生命都是由共同祖先進化而來的，這一觀點使人們在係統分類學、生物地理學、比較解剖學、比較胚胎學、古生物學等領域所發現的令人迷惑的種種現象有了合理的解釋。在達爾文之前，這些學科基本上是描述性的，是達爾文一舉把它們變成了因果科學，將它們統一起來，牢固地建立在進化論之上。
係統分類學
林奈早在林奈時，分類學家就想建立一個能夠反映出造物主的原始計劃的“自然係統”，而達爾文認為，一個自然係統應該反映的是生物之間的進化關係，不同生物的異同，都可以由它們的進化關係的遠近而得到解釋。人們也曾經產生過疑問：為什麼一個自然係統會以等級結構的形式出現？而用共同祖先學說來解釋，這種形式就是再自然不過的了，一個屬的所有物種都有同一個最親近的共同祖先（所有的貓屬動物都是從同一祖先進化來的），一個科的所有物種也是如此（所有的貓科動物都是從同一祖先進化來的），以此逐級類推（所有的肉食目動物、哺乳綱動物、脊索動物門動物、動物都分別有共同祖先），直至所有的生物都有同一個共同祖先。具有共同祖先，是一個分類等級中的所有成員為何彼此相似的原因。