考察回來的兩年後，他認托馬斯·馬爾薩斯寫的一本書中得到了啟示；馬爾薩斯在那本書中提出了一種理論：如果不消除過剩的人口，人口要比食物增長得快。
1838年10月，我為了消遣而偶然讀到了馬爾薩斯的人口論，而我由於長期不斷觀察動植物的習慣，對這種到處都在進行看的生存鬥爭，思想上早就容易接受，現在讀了這本書立刻使我想起，在這些情況下，有利的變異常常容易保存，而不利的變異就常常容易消滅。它的結果就會形成新的物種。這樣我終於得到一個能夠說明進化作用的學說了。
達爾文以其通常的謹慎和不辭勞苦的細心發展這一學說。1839年，他開始擬草稿；3年後，它仍僅僅是一份用鉛筆寫成的35頁的提綱。到1844年，他已將它擴展成230頁的論文。那年，他給一位朋友寫信說：
……我己閱讀了大量的農藝和園藝方麵的書，從未停止過搜集事實。終於來了一點光明，我幾乎確信（和我開始對的看法完全相反）物種並不是（這就象供認一件謀殺罪似的）永遠不變的。上帝不讓我相信拉馬克的一個"進步的趨向"、"源於動物的緩慢的意欲的適應"之類的廢話。但是，我得出的結論並非全然不同於他的結論，隻是更換的方法完全不同於他的。我想我已發現（這裏是推測！）物種微妙地適應各種結局的簡單方式。
然而，達爾文仍不能使自己發表其研究結果。他繼續進一步按集證據，直到1858年收到另一位博物學家艾爾弗雷德·拉塞爾·華萊土（1823-1913年）的一封驚人的信時。華萊士曾居住巴西和荷屬東印度群島多年，在那些地方吸收了極大量的動物學知識。1858年2月，當他在摩鹿加群島的特爾納特島上患瘧疾臥床休息時，他想到了他也讀過的馬爾薩斯的著作，突然，最適者生存是實現進化的途徑這一念頭在他腦子裏掠過。華萊士的脾性和達爾文完全不同，他立即將自己的思想訴諸文字。當天夜裏，盡管仍受著發燒的折磨，他還是起草了自己的新學說。以後兩晚，他將它寫成文章，然後寄給了達爾文；他與達爾文是經常通信的。
1858年6月，達爾文收到了這份手稿；他因讀到的是一份他已寫成的東西的概要，驚呆了。"我從未見過比這更驚人的巧合"，他給查爾斯·賴爾去信說，"即使華萊士已得到我在1842年寫下的手稿，他也不可能寫出比這更好的簡短提要！甚至他的話現在可放在我每章的上端。"達爾文對於公布自己的研究成果一事不再猶豫了。1858年7月1日，他在倫敦向學會宣讀他自己的論文和華萊土的論文，所謂達爾文的進化假說給提出來了。達爾文在他於1859年出版的主要著作《物種起源：藉助於自然選擇即生存鬥爭中的適者生存》中更詳細地闡述了自己的思想。
達爾文的主要論點——他的進化學說——是，處於現在各種不同形式中的動植物種類不是作為單獨的、特殊的創造行為的結果而固定不變的，而是有共同的原始起源的、不同的、變化中的自然結果。達爾文認為，變異藉以發生的主要方式是"自然選擇"。他將這一過程闡釋如下：
因為所產生的每一物種的個體比可能生存的多的多，遂各生物間便經常不斷地發生生存鬥爭，所以，任何生物如果能以任何方式發生縱然微小但有利於自己的變異，它在複雜的而且時常變化的生活條件下，將會獲得較好的生存機會，因而它就自然地被選擇了。由於強有力的遺傳原理，任何被選擇的變種，將會繁殖它的新的和變異了的類型。
也許很難把自然界中所有的變種都設想力似乎是象"自然選擇"所提供的那樣一個不規則的、緩慢的變化過程的產物。不過，統計學上的計算結果表明，即使一次突變僅僅導致百分之一的較好的生存機會，它也會使一個物種經歷100世代以後有為數一半的個體發生了突變。換句話說，即使101個發生過突變的個體活下來後有100個失去了突變，突變仍會在生物學上所說的短時間內傳遍該物種。一種具有淺顏色和深顏色的小蛾子為"自然選擇"是如何起作用提供了一個具體例子。人們已注意到，在淺色的樺樹林裏，淺色種類的蛾通常是深色種類的蛾的6倍；相反，在深色的鬆樹林，深色種類的蛾通常為淺色種類的蛾的16倍。從這兩種樹林中鳥類的身上遺留下來的蛾翅膀的顏色上，也可找到"自然選擇"如何起作用的證據。
達爾文的學說雖然在後來的研究基礎上得到了詳細修改，但其要點實際上已為現在所有的科學家所接受。1958年7月1日，在慶祝達爾文發表其論文一百周年的大會上，英國傑出的科學家加文·德比爾爵士稱讚道："進化的事實如今已普遍地為所有有資格發表意見的人所承認，進化的作用過程大體上已闡明。自然選擇的理論已建立在非常堅固的基礎上，因此，現代的工作隻不過是進一步證實這一理論，盡管隨著知識的增加而需對它作新的表述。"
然而，達爾文的學說在他生前遠沒有被普遍接受。確實，它由於當時幾位傑出的科學家的研究和著作而得到加強。地質學家查爾斯·賴爾在他於1863年發表的《人類的古代》一書中接受了達爾文主義。兩位最主要的植物學家——英國基尤植物園的主任約瑟夫·胡克爵士和哈佛大學教授阿薩·格雷也成為達爾文主義者。在達爾文主義的最熱烈的擁護者當中，還有兩位著名的生物學家——德國人恩斯特·海克爾和英國人托馬斯·赫胥黎，後者稱自己為"達爾文的鬥犬"。
1838年10月，我為了消遣而偶然讀到了馬爾薩斯的人口論，而我由於長期不斷觀察動植物的習慣，對這種到處都在進行看的生存鬥爭，思想上早就容易接受，現在讀了這本書立刻使我想起，在這些情況下，有利的變異常常容易保存，而不利的變異就常常容易消滅。它的結果就會形成新的物種。這樣我終於得到一個能夠說明進化作用的學說了。
達爾文以其通常的謹慎和不辭勞苦的細心發展這一學說。1839年，他開始擬草稿；3年後，它仍僅僅是一份用鉛筆寫成的35頁的提綱。到1844年，他已將它擴展成230頁的論文。那年，他給一位朋友寫信說：
……我己閱讀了大量的農藝和園藝方麵的書，從未停止過搜集事實。終於來了一點光明，我幾乎確信（和我開始對的看法完全相反）物種並不是（這就象供認一件謀殺罪似的）永遠不變的。上帝不讓我相信拉馬克的一個"進步的趨向"、"源於動物的緩慢的意欲的適應"之類的廢話。但是，我得出的結論並非全然不同於他的結論，隻是更換的方法完全不同於他的。我想我已發現（這裏是推測！）物種微妙地適應各種結局的簡單方式。
然而，達爾文仍不能使自己發表其研究結果。他繼續進一步按集證據，直到1858年收到另一位博物學家艾爾弗雷德·拉塞爾·華萊土（1823-1913年）的一封驚人的信時。華萊士曾居住巴西和荷屬東印度群島多年，在那些地方吸收了極大量的動物學知識。1858年2月，當他在摩鹿加群島的特爾納特島上患瘧疾臥床休息時，他想到了他也讀過的馬爾薩斯的著作，突然，最適者生存是實現進化的途徑這一念頭在他腦子裏掠過。華萊士的脾性和達爾文完全不同，他立即將自己的思想訴諸文字。當天夜裏，盡管仍受著發燒的折磨，他還是起草了自己的新學說。以後兩晚，他將它寫成文章，然後寄給了達爾文；他與達爾文是經常通信的。
1858年6月，達爾文收到了這份手稿；他因讀到的是一份他已寫成的東西的概要，驚呆了。"我從未見過比這更驚人的巧合"，他給查爾斯·賴爾去信說，"即使華萊士已得到我在1842年寫下的手稿，他也不可能寫出比這更好的簡短提要！甚至他的話現在可放在我每章的上端。"達爾文對於公布自己的研究成果一事不再猶豫了。1858年7月1日，他在倫敦向學會宣讀他自己的論文和華萊土的論文，所謂達爾文的進化假說給提出來了。達爾文在他於1859年出版的主要著作《物種起源：藉助於自然選擇即生存鬥爭中的適者生存》中更詳細地闡述了自己的思想。
達爾文的主要論點——他的進化學說——是，處於現在各種不同形式中的動植物種類不是作為單獨的、特殊的創造行為的結果而固定不變的，而是有共同的原始起源的、不同的、變化中的自然結果。達爾文認為，變異藉以發生的主要方式是"自然選擇"。他將這一過程闡釋如下：
因為所產生的每一物種的個體比可能生存的多的多，遂各生物間便經常不斷地發生生存鬥爭，所以，任何生物如果能以任何方式發生縱然微小但有利於自己的變異，它在複雜的而且時常變化的生活條件下，將會獲得較好的生存機會，因而它就自然地被選擇了。由於強有力的遺傳原理，任何被選擇的變種，將會繁殖它的新的和變異了的類型。
也許很難把自然界中所有的變種都設想力似乎是象"自然選擇"所提供的那樣一個不規則的、緩慢的變化過程的產物。不過，統計學上的計算結果表明，即使一次突變僅僅導致百分之一的較好的生存機會，它也會使一個物種經歷100世代以後有為數一半的個體發生了突變。換句話說，即使101個發生過突變的個體活下來後有100個失去了突變，突變仍會在生物學上所說的短時間內傳遍該物種。一種具有淺顏色和深顏色的小蛾子為"自然選擇"是如何起作用提供了一個具體例子。人們已注意到，在淺色的樺樹林裏，淺色種類的蛾通常是深色種類的蛾的6倍；相反，在深色的鬆樹林，深色種類的蛾通常為淺色種類的蛾的16倍。從這兩種樹林中鳥類的身上遺留下來的蛾翅膀的顏色上，也可找到"自然選擇"如何起作用的證據。
達爾文的學說雖然在後來的研究基礎上得到了詳細修改，但其要點實際上已為現在所有的科學家所接受。1958年7月1日，在慶祝達爾文發表其論文一百周年的大會上，英國傑出的科學家加文·德比爾爵士稱讚道："進化的事實如今已普遍地為所有有資格發表意見的人所承認，進化的作用過程大體上已闡明。自然選擇的理論已建立在非常堅固的基礎上，因此，現代的工作隻不過是進一步證實這一理論，盡管隨著知識的增加而需對它作新的表述。"
然而，達爾文的學說在他生前遠沒有被普遍接受。確實，它由於當時幾位傑出的科學家的研究和著作而得到加強。地質學家查爾斯·賴爾在他於1863年發表的《人類的古代》一書中接受了達爾文主義。兩位最主要的植物學家——英國基尤植物園的主任約瑟夫·胡克爵士和哈佛大學教授阿薩·格雷也成為達爾文主義者。在達爾文主義的最熱烈的擁護者當中，還有兩位著名的生物學家——德國人恩斯特·海克爾和英國人托馬斯·赫胥黎，後者稱自己為"達爾文的鬥犬"。