เมื่อเรือได้หยุดพักที่หมู่เกาะกาลาปาโกส (ในมหาสมุทรแปซิฟิก ใกล้กับประเทศโคลัมเบีย) เขาสังเกตเห็นว่า พันธุ์พืชและสัตว์ที่พบในทวีปอเมริกาใต้มีลักษณะคล้ายคลึงกับพันธุ์พืชและสัตว์ชนิดเดียวกันกับที่พบบนเกาะกาลาปาโกส แต่ก็ไม่เหมือนกันเลยทีเดียว ดังนั้น เขาจึงเลือกศึกษาเปรียบเทียบนกกระจาบ 13 ชนิด ที่อาศัยบนเกาะต่าง ๆ ในหมู่เกาะกาลาปาโกสเพื่อดูโครงสร้างทางร่างกาย คือ จงอยปาก และขน เขาก็พบว่า นกดังกล่าวมีความแตกต่างกันทั้ง ๆ ที่สภาพแวดล้อมของแต่ละเกาะมิได้แตกต่างกันทั้งทางด้านภูมิศาสตร์และภูมิอากาศ ด้วยเหตุนี้ เขาจึงตั้งคำถามว่า อะไรคือสาเหตุที่ก่อให้เกิดความแตกต่างทางด้านร่างกายหากมิใช่เป็นผลมาจากปัจจัยทางสภาพแวดล้อม

          จากข้อสงสัยนี้เองทำให้ชาลส์ให้ความเชื่อทฤษฎีสถิต (Theory of Fixity of Species) น้อยลง และกลายเป็นจุดผลักดันที่สำคัญให้เขาพยายามค้นคว้าต่อไปเพื่อหาหลักฐานในการสร้างแนวความคิดใหม่ใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์ที่ทำให้สิ่งมีชีวิตมีรูปร่างเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันออกไป

          ชาลส์เดินทางกลับถึงประเทศอังกฤษในวันที่ 2 ตุลาคม คศ. 1836 ช่วงเวลาเกือบห้าปีของการเดินทางรอบโลกครั้งนี้ก่อให้เกิดการเพิ่มพูนสติปัญญาแก่เขาเป็นอันมาก หลังจากกลับมายังบ้านเกิดแล้วเขาได้ศึกษาบันทึกการค้นพบอย่างจริงจังและได้ค้นคว้าหาความรู้เพิ่มเติมต่อไปอีก ในที่สุด เขาได้เขียนสรุปข้อคิดเห็นในเรื่องการเลือกสรรตามธรรมชาติเบื้องต้นเมื่อปี คศ.1844 และอีกสิบห้าปีต่อมาเขาจึงได้พิมพ์เป็นหนังสือเล่มที่นำชื่อเสียงก้องโลกให้แก่เขา ชื่อ On Origin of Species ในปี คศ. 1859 และในปี คศ. 1871 หนังสืออีกเล่มหนึ่งชื่อ The Descent of Man ก็ได้รับการตีพิมพ์ตามมา⁽⁶⁾