達爾文22歲時，隨英國測量調查軍艦「小獵犬號」航海5年，到南美洲、加拉巴哥群島等世界各地，採集動物、植物、化石、岩石標本。他不但採集標本，也詳細觀察標本、勤作記錄、整理疑問。
航海歸國後，達爾文一點一點地思索出生物確實在演化。這些航海中產生的疑問，將年輕的他塑造成真正的科學家，奠定了他發表《物種源始》的基礎。
《物種源始》造成巨大衝擊
當時許多人相信神創造世界，並另外創造了生物種，而沒有演化概念。曾經為了擔任聖職而修習學問的達爾文，注意到自己打算論述的主題將會給世人帶來影響，正如他在自傳中所提到的「不希望造成偏見」，因此刻意在《物種源始》中避開有關人類的敘述。
1842年6月達爾文針對自然淘汰說寫了35頁要點，1844年將該要點改寫成230頁，1856年開始寫有關自然淘汰的長篇著作。為了將源自自然淘汰的演化論寫得更加確實，他耗費許多時間，儘可能提出大量證據。
1858年6月博物學家華萊士寄來論文，論文中的觀點與達爾文的自然淘汰想法非常類似。因為這個緣起，達爾文將未寫完的長篇著作縮短，於1859年出版《物種源始》。
如同達爾文所擔心的，整個社會對《物種源始》產生種種回響，聖職人員的反應尤其激烈。英國科學復興協會在牛津大學召開會員大會時，薩繆爾．威爾巴霍斯主教嚴厲指責達爾文，擁護達爾文的生物學家托馬斯．哈克斯利（1825∼1895）則猛烈反駁。由於教會在當時的社會非常權威，會場頓時陷入混亂。達爾文不在會場，基本上並未參與這場論爭。
當時連許多自然科學家都相信，地球、人類的形成係由神所創造。達爾文在《物種源始》第6版（1872年）中提到社會的反應：「第1版出版時，一般人相信創造說，連博物學家也這麼相信；現在許多博物學家承認有演化這麼一回事。」
他在《物種源始》各版中，對自己的學說列舉出許多問題點，針對這些問題點提出反駁，他提到：「這些問題雖然是難題，但是對自然淘汰說並未構成致命打擊。」
這裏我們試著介紹幾則，首先是德國動物學家海利希．布隆、瑞士植物學家納吉里的主張。他們舉野兔的耳朵、植物的種子呈種種形狀等為例，覺得乍看之下那些功能對該生物來說並不具特殊意義，而認為「很難想像那些性狀是經由自然淘汰所獲得」。達爾文則反駁：「我們必須注意，那些器官對這些生物來說，是現在有用？或曾經有用？何況即使是乍看之下似乎沒有必要的變異，也可能使其他器官受到影響，而發揮某種作用。」
英國動物學家森特．麥布德提到，即使發生對物種來說可能有利的構造變化，該變化在最初發生的時點，對物種而言是否有利，仍無法以自然淘汰說明。」這就像「根據自然淘汰的說法，長頸鹿因為脖子長可吃到高處的葉子，而得以有效度過食物少的時期；但是長頸鹿不只脖子長，身體也大，身體大必須吃下更多的食物，這麼一來，脖子長對長頸鹿而言可以說是有利嗎？」的疑問。達爾文則認為：「棲息在相同地區還有其他大型動物，與這些大型動物相比，擁有長脖子對長頸鹿而言應該有利。」
也有人針對物種變異提出疑問：「如果某個物種慢慢變化成別的物種，為什麼我們看不到處於變化過程中的中間型呢？」對於這個疑問，達爾文談到自然淘汰與滅絕具表裏一體關係，他以「並非所有生物都留下化石」為理由來作說明。另外他還針對變種加以敘述：「近緣種係由共同祖先分歧，分別適應了不同地區，而非各自繼承兩種狀中的一半。」
對於「某生物種擁有構造複雜的器官、習性，這些是經由自然淘汰所獲得的嗎？」的疑問，達爾文以眼睛為例來說明。他認為脊椎動物之類構造複雜的眼睛，係由低等動物構造單純的眼睛，經過小小的變化階段，逐漸演變而成。他說：「探索演化過程，拿分類上完全不同的物種、祖先種來比較，即可解決。」