航行结束回到英国时，达尔文的思想已经有了一定的转变。再通过进一步整理、分析航行考察中的笔记资料和收集到的生物标本，到了1837年夏天，他终于认识到生物是在不断演变的，从而成为了一个进化论者。这种转变使他对所有事物都产生了新的看法，并接受了生物源于共同祖先的观点。但是，生物如何进化的问题仍然困扰着达尔文相当长的一段时间。
达尔文最感兴趣的进化问题是生物种类的问题，即生物种类的多样性是如何产生的问题。他并没有从时间的角度去着手这方面的研究，而是从地理分布的角度来进行分析。他认为从实际上能观察到的生物分布格局可以看出地理因素的重要性，但地理因素中又是什么在起作用？如何起作用呢？
在1838年9月底，达尔文为了消遣而阅读了马尔萨斯的《人口论》，他被马尔萨斯的一些观点吸引住了。马尔萨斯认为人口可以按几何级数增长，而食物只能按算术级数增长，因此在任何地方，人类的生殖能力都超过了食物的供应能力，从而会导致人类个体之间对生活必需资料的激烈竞争以及随之而来的为生存而斗争。马尔萨斯还论证了可以通过疾病、饥荒、战争、罪恶以及道德上的节制生育等来减少人口的增长，认为生存竞争具有残酷的性质，但却可以使人口保持相对的恒定。这些观点为达尔文形成一种生物进化的新理论提供了一定的启发及“催化”作用。达尔文后来在自传中写道：“在我开始系统地进行研究15个月后，我为了消遣偶然阅读起马尔萨斯的《人口论》。由于我以前对动物和植物的习性长期不断的观察，已充分意识到生存竞争无处不在，因而它使我忽然想到在这些情况下，有利的变异将被保留下来，而不利的变异将被淘汰，其结果是新的物种会形成。由此我终于得到了一个可以用来指导研究工作的学说。”
这个学说就是自然选择学说，它是达尔文各种学说中最大胆也是最新颖的学说。这个学说不是一下子得出来的，而是在对生物界有了充分了解的前提下，通过长期的思考以及发展和抛弃形形色色的理论而创立出来的。达尔文的自然选择学说包括基于5个事实而得出来的3个推论。
第一个事实：如果所有出生的个体都能成功繁殖的话，那么每种生物便都会具有巨大的潜在生殖力，每一种生物的个体数量将按指数式增长。这对于人类来说，便是马尔萨斯所称的几何级数增长。
第二个事实：从实际观察可知，一种生物的群体大小（个体数量）在正常情况下是比较稳定的。
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