萊伊爾通過大量研究表明：一種物種的出現和另一種物種的消失，並不是立即的、成批的發生的，當一些物種出現時，另一些物種被保留下來，再有一些物種則逐漸消失，現在和過去是聯係著的，災變論者所宣揚的突然中斷是沒有的。地球是緩慢進化而來的，陸地會上升，也會下沉，海洋也是如此。地球是變化發展著的，現在的陸地和海洋都經過了蒼海桑田的變化。
達爾文被萊伊爾新奇的學說迷住了，他決心在南美洲大陸考察時去尋找證據，有證據便相信這個理論，沒有證據，就反對它。
當“貝格爾”號通過熱帶時，達爾文趁著風和日麗的天氣，開始用船尾的網來捕捉浮遊生物。他把捕撈到的大量捕撈物堆放在甲板上。這引起了負責船上衛生的軍官十分不滿，因為隻有博物學家才把這些玩藝看作寶貝，用心分析、觀察、研究。在佛得角群島停泊的時候，他坐在退潮後出現的海水窪附近的溶岩的底下，見到了新生的珊瑚。他試圖把萊伊爾的原理運用到島上的地質研究上來，他便在光禿禿的島上平原一連遊覽了三天。“貝格爾”號在這裏停泊了三個星期，達爾文懷著巨大的興趣進行了自然史考察。除了地質學外，達爾文感興趣的還有熱帶植物，即棕櫚樹、波巴布樹、香蕉樹、甘蔗、咖啡樹和大量的鮮花；各種鳥、昆蟲、動物。他常沿著海岸觀察這些動物的習性並細心加以收集。群島上的居民也使他很感興趣，每逢人們談起黑人時，他總是充滿了好感，那種存在於大多數白人中的種族歧視觀念，在達爾文那裏是不存在的。
“貝格爾”號在航程中越過了赤道，駛向南半球。在南美停泊的第一站是巴西的巴伊亞市，開始了在南美曆時三年多的探險生活。
南美洲是一塊動蕩的土地，自從哥倫布發現美洲以來，大批殖民者湧入這塊土地-他們屠殺大量印第安土著居民，並把大量的非洲黑人販賣到美洲作為奴隸，進行殘酷的壓迫。
作為自然科學家的達爾文卻隻為眼前的景色所吸引，他懷著無比興奮的心情，背上獵槍和標本袋，踏上了他向往已久的南美大地。巴伊亞市周圍有一片熱植物森林，達爾文感到洪保德在旅行記中的描寫一點也不誇張，美麗的景色使人神魂顛倒，當他的眼睛想注意一隻飛舞的花蝴蝶時，又會不自覺地停在一棵樹和一個果子上；如果在觀看某一隻昆蟲，會把那昆蟲馬上就忘掉，因為那昆蟲正在爬著的那朵不尋常的花又會把他迷住。簡直是目不暇接，就像進人一個神話世界中的孩子，不知從何處看起才好。
他搜集了不少動植物的標本，還獵獲了許多鳥，他把製作鳥類標本的方法教給了陪同他的科恩。他對科恩說：“南美洲的自然資源真豐富啊！這兒的鳥類、昆蟲、植物，比我在英國看到的不知要豐富多少倍呢!”科恩說：“老爺，我曾經來過南美洲好多次，也看到許多珍奇花兒、鳥兒，我也喜歡它們，可我不知道它們有什麼用處，跟著您，我才覺得這些東西不僅是好玩，我可學到了不少東西，你能收我做仆人，到各地收集這些玩藝嗎？我熟悉南美洲，或許能幫您一些忙。”
達爾文高興地拍了拍科恩說：“好，我當然願意，我也正需要一個幫手呢，回去，我好好地跟費支羅伊艦長說說。”科恩臉上綻開了純樸的笑容，他確實喜歡跟隨這位溫和的年輕紳士。
達爾文在巴伊亞停留期間還觀察了大部分是黑奴構成的當地居民生活，他結識了幾位當地商人和美國軍艦上的軍官，從他們那裏他了解到關於美洲奴隸製度的情況，知道了販賣奴隸的活動在大規模地進行，況且所謂的文明人卻用野蠻的手段來保護這種活動，這讓達爾文十分氣憤。
有一次，一個黑人渡達爾文過河，達爾文為了向他說清楚他想幹什麼，就大聲地和他說起話來，並且輔助地做了一些手勢，由於他的手離那個黑人的臉特別近，那個黑人以為達爾文是要打他，就嚇得閉起眼來，挺直身體垂手而立。這個黑人身體十分強壯，一個成年人在自己將要挨打時卻不敢還手，顯然是平時他遭受了太多的欺壓，以至失去了一個人的尊嚴。達爾文看到這種情形，既感到十分驚奇，又感到十分厭惡，同時，他還感覺到自己作為白人的一種羞愧心理。他永遠也忘不了，這個人已被弄到如此屈屏的地位，甚至還比不上最沒有自衛能力的動物。
達爾文在經過一個熱帶莊園時，曾親眼看到莊園主嚴刑拷打奴隸的情景，聽到奴隸淒厲的慘叫聲。他走進莊園時，因為他是個來自英國的白人而受到了熱情的接待。最使他難以相信的是，莊園主是一個非常文雅的紳士，根本想象不到嚴酷的拷打會出自他的命令。
當他回到艦上時，怎麼也忘不了這件事，在和往常一樣，他同費支羅伊艦長一同進餐，他說起了這件事。艦長說：“我認識那位莊園主，在這一帶有著很好的名聲。有一次，他曾把所有的奴隸召集起來，問他們對自己的生活是否滿意，他們都回答滿意；當問他們是否願意獲得自由時，他們全都說‘不’。”達爾文帶著不屑的口吻說：“難道奴隸們把主人的話當成可靠的嗎?”費支羅伊艦長頓時勃然大怒:“你既然對我說的話的真實性表示懷疑，那我們就不要在一起生活了。”說完，揚長而去。艦長是個擁護奴隸製度的人，總是誇耀和維護奴隸製度，在這一點上他和達爾文有些格格不入。達爾文心想，看來他要離開這艘軍艦了。蘇利文還埋怨他不該惹火了艦長，但是，軍官們都站在達爾文這一邊，這時他們便邀請達爾文同他們一同進餐。不過，費支羅伊艦長雖然脾氣暴躁，但也是一個容易息怒的人，過了幾個小時，他便派一名軍官去向達爾文道歉，並且邀請他和往常一樣同他一起進餐，繼續他的考察生活。