Als Andes, Darwin va descobrir com a dalt de tot de les muntanyes hi havia arbres fossilitzats que havien estat en contacte amb el mar i, gràcies a un terratrèmol, el capità FitzRoy li va fer notar els canvis d'altitud relativa entre la terra i el mar. Darwin es va adonar que la teoria acabada de publicar per Charles Lyell (que el paisatge no canviava només a base de cataclismes, sinó a partir de canvis graduals al llarg de mil·lennis) encaixava perfectament amb allò que veia.

A bord del ‘Beagle', Darwin va prendre consciència dels perills que representaven per als vaixells els esculls de corall. Darwin meditava sobre la seva presència ‘inexplicable', atès que els coralls no sobreviuen a més de 60 metres de profunditat. Finalment va concloure que aquells esculls s'havien format al voltant d'illes, que amb els pas de mil·lennis haurien quedat submergides. Aquesta va ser la primera teoria que va cridar l'atenció dels científics reputats i gràcies a la qual, en tornar del viatge, Darwin ja s'havia fet un nom en els cercles d'investigació londinencs.

Durant el viatge, Darwin també va quedar fascinat per les similituds entre fòssils extingits de la Terra des de feia mil·lennis i espècies vives actuals. Això li va fer prendre consciència de les dificultats de distingir entre el que eren diverses varietats d'una mateixa espècie i el que eren espècies clarament diferents.

A les illes Galàpagos, Darwin va compilar nombrosos exemplars d'aus. Inspirat per l'obra de Thomas Malthus ‘Assaig sobre el principi de la població', Darwin es va adonar que totes les espècies, fossin plantes o animals, podien adaptar-se amb molta precisió a l'entorn on vivien a través del procés de la ‘selecció natural', segons el qual tota característica que aparegués en un individu i l'ajudés a sobreviure es transmetia genèticament als seus fills.

Ho demostraven els becs diferents de les diverses varietats de pinsans, adaptats als aliments que trobaven en cada illa. Amb tot, Darwin no es va adonar de tot plegat fins que va tornar a Anglaterra i va parlar amb l'ornitòleg John Gould.