大学毕业这一年，达尔文放弃了待遇丰厚的牧师职业，以“博物学家”的身份，自费搭乘英国政府组织的“贝格尔号”军舰，开始了漫长而又艰苦的环球考察活动。
在为期五年的考察中，达尔文在动植物和地质方面进行了大量的观察和采集。他每到一地总要进行认真的考察研究，采访当地的居民，有时请他们当向导，跋山涉水，采集生物标本，挖掘生物化石，发现了许多没有记载的新物种。在对加拉帕戈斯群岛的考察中，达尔文见到了岛上的多种巨龟和山雀，他不由心生疑惑：“生物为什么会如此千变万化？彼此之间有什么联系呢？”
这次探索之旅结束后，达尔文带回了大量的旅行资料，包括770页日记，关于地质学和动物学的长篇笔记，还有数千个鸟类、昆虫、植物和岩石标本。回到英国后他立即投入到资料的整理工作中，这是一项繁复且耗时漫长的工作。随着整理的不断深入，达尔文逐渐认识到：“物种不是一成不变的，而是随着客观条件的不同而相应变异。”