Darwin, durante il viaggio del Beagle, rimase profondamente impressionato dalla scoperta, avvenuta nella Pampa, di grandi animali fossili, ricoperti di corazze simili a quelle degli armadilli attuali; in secondo luogo dalla maniera in cui gli animali strettamente analoghi si sostituivano l’uno all’altro via via che si procedeva nell’interno verso sud; in terzo luogo, dal carattere sud-americano della maggior parte delle specie dell’arcipelago Galapagos, e, più particolarmente, dal fatto che esse presentavano leggere differenze in ciascuna isola del gruppo, mentre nessuna isola sembrava molto antica in senso geologico. La deduzione di Darwin in merito a questi fatti fu che una spiegazione è possibile "solo supponendo che le specie si vadano modificando un poco per volta". Ma come si realizza tale mutamento? Secondo quali modalità? "Era evidente" scrive Darwin "che né l’azione dell’ambiente né la volontà degli organismi potevano spiegare i casi di adattamento all’ambiente". Darwin si documentò quindi il più possibile sulle variazioni dei caratteri che erano, verosimilmente alla base della modificazione della specie. Questa documentazione, oltre ad essere fatta con la lettura di libri o articoli relativi all’argomento, venne portata a termine nella fattoria di Darwin, dove per anni brulicarono piccioni, galli, cani, conigli, e le serre si riempirono di piante di varie specie; fu su questo eterogeneo materiale che Darwin diede corpo alla prima parte della sua teoria, studiando, con molta accuratezza il fenomeno della variazione. Allora non si faceva distinzione fra variazioni non ereditarie o somazioni o fluttuazioni e variazioni ereditarie o mutazioni. Si sapeva solo che in una popolazione i caratteri variano secondo leggi indeterminate e alcune di queste variazioni possono essere trasmesse ai discendenti. Perciò secondo Darwin, la base del meccanismo evolutivo consiste nell’apparizione, in gruppi di individui di piccole variazioni, nella loro possibilità di sommarsi ed essere trasmesse ai discendenti; circa le cause di tali variazioni Darwin non si pronuncia.