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
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。
生物地理學
早就發現不同地區的動植物群分布有不同的特點，把它們進行比較後，出現了一些令人產生疑問的地方：為什麼有些地理、氣候條件非常相似的地區，卻生活著不同的動植物群呢？而有些地理、氣候條件很不同的地區卻又生活著相似的動植物群？為什麼海島生物在總體上與其鄰近大陸的生物很相似，然而又有獨特的物種？達爾文進行思想很大程度也是源於他對生物地理分布現象進行的思考。動植物現在的分布格局，隻有用它們的進化史——從其原先的起源地點向四周擴散、進化的曆史——才能得到合理的解釋。具有相似的動植物群的地區通常在地理上是或曾經是聯係在一起的，而像海洋、山脈、荒漠這樣的地理障礙會使生物群體相互隔絕，出現較大的差異。那些有能力越過地理障礙的遷移者，通常會成為一個新型群體的祖先。這一點，在海島上表現得非常突出，島上的動植物都是偶然從大陸遷到了島上，又因為適應島上的環境而發生了各種各樣的變化，產生了特有物種。最著名的是達爾文研究過的加拉帕格斯群島上的鳴雀，後來被稱為達爾文鳴雀。
達爾文鳴雀在南美大陸也有，但隻有一種，而加拉帕戈斯群島上多達5屬13種。達爾文正確地推斷，在很早以前有一群大陸鳴雀偶然（例如被颶風吹裹）遷移到島上（現在我們通過比較蛋白質序列，可以推測這發生於大約100萬年前），一個新的地理環境占據不同的生態空間，進化出多種不同的物種（稱為“適應性輻射”），有了在別的地方隻有其他鳥類才有的新習性：有的像啄木鳥一樣啄木吃蟲，有的以巨龜、鬣蜥甲上的寄生蟲為生，有的則吸海鳥的血……其形態也出現了相應的變化。不僅是海島，大陸也能出現這種“適應性輻射”。例如澳洲大陸在與其他大陸隔絕之後，真獸類哺乳動物沒能遷移過去，而其原有的有袋類哺乳動物則進化成了有多種多樣的形態和習性的物種。
比較解剖學
亞裏士多德早就試圖對不同種類的動物形態進行比較，找出其相似之處。例如，他認為鳥在某種程度上類似於魚，鳥的身體上端有一對翅膀，魚的身體前端有一對鰭；鳥的身體下端有一雙腳，而大多數魚也有第二對鰭在後端。16世紀，皮埃爾·貝龍（Pierre Belon，1518～1564年）發現人和鳥雖然外表一點也不同，骨骼組成和排列卻很相似，繪製了一幅著名的比較圖。到了19世紀，比較解剖學這門研究不同生物種類的形態結構的學科已十分發達，各生物種類內部結構的一致性也越來越明顯。英國解剖學家理查德·歐文（Richard Owen，1804～1892年）在19世紀40年代，把這樣的結構稱為“同源”，將它們定義為“在不同的動物中，具有不同的形態和功能的相同器官”。其中最著名的例子是四足脊椎動物的四肢都有五趾。有的從外表看不出來有五趾，比如鳥、蝙蝠的翅膀，或鯨鰭，但將它們解剖，就可分辨出五個趾骨。有的在成體階段少於五趾，比如馬蹄，但是在其胚胎階段仍有五趾。達爾文曾經感歎道：“用於抓握的人手，用於挖掘的鼴鼠前肢，馬腿，海豚的鰭足，都用相同的模式構建，都包括相似的骨頭並位於相同的相對位置上，還有什麼比這更奇怪的呢？”如果這些器官是被分別創造出來的，造物主根本沒必要讓有不同功能和不同外形的器官有著相似的構造，因為這樣的構造設計，就其功能和外形而言，有時顯得不是那麼合理，所以才讓人覺得奇怪。但是如果用共同祖先學說來解釋，就順理成章了：所有的四足脊椎動物都來自同一個祖先，該祖先碰巧有五趾。在進化過程中，四足脊椎動物為適應不同的環境，在五趾的框架上做了改造，具有了不同的功能。