達爾文完成“貝格爾”號航行後不久，他就在頭腦中已經有了生物進化的思想。1837年7月，他已創建了共同祖先學說。雖然此後他仍繼續在為共同祖先學說收集證據，但是對“生物是進化的”這個事實的正確性就再也沒有懷疑過。令他疑惑不解的是“生物是如何進化的”這個問題。他在1838年9月28日這一天，有了突破。他在自傳中寫道：“在我已開始從事有係統的探討15個月後，我碰巧為了消遣閱讀了馬爾薩斯的《人口論》，而通過長期持續地觀察動植物習性，我已為認識到無處不在的生存鬥爭做好了準備，不由恍然大悟，在這些條件下，優勢的變異將傾向於被保留，而劣勢的變異將會被消滅。其結果將會是形成新的物種。這樣，我由此終於有了一個可用於研究的理論了。”
達爾文後來稱其為自己選擇。達爾文本人一直把這個學說的創建歸因於閱讀馬爾薩斯《人口論》進獲得的靈感，這顯然是過於謙遜和簡單化的。達爾文說過，啟發他的並非《人口論》全書，而僅僅是書中的一句話，即“可以很安全地宣布，人口在不受控製時，將每25年翻一番，或者說以幾何速率增長。”也就是所謂馬爾薩斯原理。生物過剩的繁殖力這一事實，在達爾文所熟悉的佩利、賴爾等人的著作中也都提到了，是一個眾所周知的事實，那麼為什麼此前沒有人由此受到啟發提出自然選擇學說呢？由生物過剩的繁殖力很容易聯想到生存競爭，但是由生存競爭聯想到自然選擇卻困難得多，後一聯想，完全是達爾文在那15個月內的研究所引起的觀念變化和思想準備導致的，與《人口論》毫無關係。自然選擇並不是一個簡單明了的觀念。在《物種起源》第四章的結尾，達爾文用兩個長句子對這個學說做了總結：“如果在漫長的歲月中和多變的生活條件下，有機體在它們的構造的一些部位存在變異的話，而我認為這是無可爭議的；如果由於每一物種的高度的幾何級數的增長，在某個時期、季節或年代，存在嚴重的生存鬥爭，而這肯定是無可爭議的；那麼，考慮到所有有機體彼此之間和它們與生存條件之間的關係的無限複雜性，導致的在結構、組成和習性方麵的無限多樣性，和對他們所具有的優勢，如果從來沒有出現對每一個體的利益有用的變異，就像已出現如此多的對人類有用的變異一樣，我想這會是最極端反常的事情。但是，如果對任一個體有用的變異的確發生了，具有這樣特征的個體肯定將會有更好的機會在生存鬥爭中獲得保存；而根據強大的遺傳法則，他們將傾向於產生有相似特征的後代。為了簡單起見，我將這個保存原則稱為自然選擇。”
這個總結也揭示了達爾文進化思想的推導過程。我們可以對自然選擇的推導過程做一番整理。自然選擇學說是由四個事實、兩個推論得出來的。事實一：生活資源有限；事實二：生物繁殖力過剩；推論一：生物後代的絕大部分必須滅亡（生存鬥爭）；事實三：生物後代之間存在可遺傳的變異；事實四：不同的變異可以有不同的生存能力和繁殖能力；推論二：在生存鬥爭中，劣勢的變異將逐漸被淘汰，優勢的變異獲得生存並留下後代（自然選擇）。
事實一和事實二很明顯，馬爾薩斯也曾強調過，因此這第一個推論，可以歸功於從《人口論》中受到靈感。事實三和事實四的獲得，如達爾文所說，來自於他“長期持續地觀察動植物習性”，特別是對動植物培育——他後來稱之為“人工選擇”——的研究。但是要能夠歸納出這兩條事實，卻首先要有兩個觀念上的突破：1.由本質論思維變為“群體思維”。傳統的本質論認為，每個物種都有一個不變的本質，隻有本質才是真實的、重要的，而個體的變異是可忽略的、不重要的。群體思維恰恰相反，認為本質隻是一種抽象，是個體性狀的平均，個體的變異才是真實和重要的。這種注重群體（由形形色色的個體所組成）的思維方式，是達爾文首創的，盡管他並沒有意識到。
2.由“軟式遺傳”觀念變為“硬式遺傳”觀念。在達爾文之前，人們普遍相信後天獲得性能夠遺傳，認為遺傳物質是“軟”的，很容易隨環境的作用、後天的使用情況而改變。這種遺傳觀念是和自然選擇觀念相矛盾的，因為生物體總是能夠直接通過改變性狀以適應變化的環境，而不會被淘汰，而優良的性狀也不會不變地遺傳下去。達爾文雖然沒有完全否認後天獲得性能夠遺傳，但是他特別強調可遺傳的先天變異，這構成了選擇的基礎。