达尔文和斯托克斯很顺利地弄到了许多熔岩灰。舰长和他俩一道来到舱房。达尔文在显微镜下仔细寻找熔岩灰里的小生物。
嘴里不住地说道：“你来看啊，有许多小动物呢！是南美洲吹来的……”他的一只手还在紧紧地按住胃部。
舰长闭上一只眼睛，凑进显微镜，只见显微镜下呈现出好几种栩栩如生的小动物。他用钦佩的眼光扫视了达尔文一眼说：“怪不得你那样不要命地爬到桅杆顶上去呢！”舰长又说道，“我们很快要到特纳里夫岛了。上岸后，你会采集到大量的化石标本，还有植物、昆虫……”
“要做的事情确实很多，不但要采集标本，还要对它们进行整理，编目录、贴标签。”达尔文兴致勃勃地说着。一谈起他心爱的工作，他又把病痛忘得一干二净了。
舰长想达尔文是个有出息的年轻人，他有决心、有毅力，对工作认真有热情。这次带他出海没有错，他肯定会有一番作为的。
“贝格尔”号经过十天的航行第一次停泊在了一座被船长称为“大西洋之颠”的热带小岛，风景如画，但是他们没被批准上岸，说是英国正在流行霍乱，怕船上的人把瘟疫传到小岛上。于是，“贝格尔”号继续向南，驶向圣地亚哥。在那十天路程里，达尔文一直在不停地工作。他请船上的缝帆匠、木匠和制绳匠为他制成了一个四英尺深的大口网兜，以及三根二十五英尺长的绳子，并把绳子的一端系在网兜上，另一端拴在船尾。达尔文以及一些看热闹的船员一起站在船尾，他把网兜用力一甩，网兜就慢慢地沉入水中，三根绳子一拉，网兜就成了直状开口浸在水下几英尺深的地方，被船拖着以每小时八海里的速度在大西洋里前进，没多久网兜里就兜满了各种各样的东西。达尔文接连捞了三次，每次拉上来都把捞到的东西倒在一块旧帆布上，很快就堆了一堆。
达尔文把捞到的东西分了类，最多的海洋动物是水母，属于无脊椎动物类群。
达尔文把分好类的动物一一放进小玻璃瓶里，倒上他自己配制的防腐剂。他在每一个瓶子上都贴上标签，标签上写明发现地点和所处的纬度。然后再把每个瓶子编上号码，把存放物品的名称和日期都填在“浸入酒精液的动物目录”里。
达尔文一丝不苟地做着这一切，根本没有察觉到周围水手们钦佩的目光。
说完，他又走向船尾，去打捞新的海洋动物。船身还有些颠簸，但他的注意力都集中在工作上了，晕船恶心的感觉居然消失了。他整天都做着打捞、分类、储存的工作，临睡前又拿出海洋生物学笔记本，记下这一天当中给他印象最深的动物和这些动物的特征。在后来的航海中，达尔文始终都这样做着。
“贝格尔”号乘风破浪地向佛得角群岛驶去，把达尔文带向一个他渴望已久的崭新世界，揭开了这位坚韧不拔的年轻博物学家科学考察的序幕。
1832年1月上旬，“贝格尔”号开足马力，向南美洲大陆驶去。
1月16日，“贝格尔”号驶进佛得角群岛圣地亚哥岛的普拉亚港，在那里停泊了二十三天。从海上向港口望去，达尔文觉得这里十分荒凉，不免有些失望。他发现在黑色熔岩的大块地层之间，有了条水平的白色夹石出现在海边峭壁的表面上，不由地觉得很奇怪，不知道是什么原因。而上岸之后，越向岛中走地势越是高起来，逐渐出出一些圆锥形小山，地平线远远地耸立着一连串参差不齐的高峰。
走进这些热带丛林的怀抱，达尔文听到了一些不熟悉的鸟儿在啼叫，看见许多新奇的昆虫围绕着不知名的花儿在飞舞。太好了！他梦想的一切就在眼前。陶醉之余，他并没有忘记自己的职责，先研究起那条四十五英尺高的水平白色夹石。它是由石灰质构成的，其中嵌着无数贝壳，白色夹五下面是古老的火山岩。
在“贝格尔”号停泊在这里的这段时间里，天气异常炎热。达尔文总是早出晚归，进行科学考察，回到船上的时候总是口干舌燥，满身灰尘。但他并不感到怎么累，总是满载而归，带回各种标本，口中直嚷着：“大丰收了！”每天晚上，达尔文都对这些岩石、植物和海洋生物进行检查、归类、包装、储藏。
在圣地亚哥岛停泊的最后一天上午，达尔文考察了岛上的地质构造，意识到这里不可能像传统的地质学家所描述的那样是在一次灾难性剧变中发生的。那道白岩石地层丝毫无损，嵌在地层中的脆弱的贝壳和珊瑚也没有损坏。这个岛屿一定是经过一连串的火山运动才得以形成——每次运动都将这道地层推得离海面再高些，而又不使它受到损坏。看到自己琢磨出了那白色夹石成因，他的脑海里突然闪过一个念头——自己可以写一本书论述所到之地的地质情况。不过立刻又觉得自己初出茅庐，这个想法太可笑了。但是他已经开始向传统的地质学提出质疑。
“贝格尔”号又启程了，继续向南行驶。达尔文给父亲写了一封报告平安的信，告诉父亲：“这里的日子快活极了！我忙得很。我真的感到在船上（当我不晕船的时候）差不多和在家里一样舒适……”
在这次漫长又艰辛的旅途中，达尔文亲眼目睹了许多美丽奇异的自然景观，观察了火山和若干原始部落，经历过地震，发现了大量的动植物化石，观察了种类繁多的动植物生长及生活情况。更为重要的是，他对此作了大量的航海日记，把自己的所见所闻一一详细记录。这些经历奠定了他以后研究的基础。
1836年6月18日，“贝格尔号”驶离西蒙斯湾，准备向西横越南大西洋，到达北美洲的东海岸，然后再从那里向北穿越北大西洋，返回英国。
1836年10月2日，“贝格尔”舰靠岸了。
离开家已经5年了，达尔文无时无刻不在思念着家乡。他思念年迈的父亲，为家操劳的姐姐妹妹，还有他的好朋友亨斯罗教授。
考察的时候，达尔文总不忘寄上几封家书，告诉亲人们他很好，有哪些收获，哪些发现。而每每收到亲人的来信时，他也高兴万分。现在，经过5年的考察，“贝格尔”舰已经返航了，达尔文的思乡之情也更浓了。
达尔文的归来，使大家感到格外高兴。父亲询问儿子今后有何打算，妹妹则缠着他要让讲海上航行的趣事。
而达尔文心中又有了新的打算，那就是实现他献身科学的心愿。现在他要做的事情很多，他要对环球考察采集的大量标本分类、整理，要在已有日记的基础上撰写出“贝格尔”舰环球考察记，还要把大量地质资料写成论文。
现在的父亲已经能够理解儿子了。达尔文航海期间就曾写过论文寄回伦敦发表，得到过专家的好评。父亲为儿子取得小小的成就而自豪。父亲决心支持儿子的事业，让他在科学道路上取得应有的成就。
父亲的话里有很多是正确的。五年的旅行生活使达尔文大大变了样。不但改变了他的人生观与生活习性，而且决定了他未来的人生旅途应起的方向。在航海期间，达尔文所做的专门性研究成果非凡，但他觉得最重要的是，在这期间养成了一种非常好的习惯，那就是尽心尽力、孜孜以求的钻研精神。在研究问题上，不做实际考察，决不以书本和主观推论随便定论，这种习惯使他获益良多。航海最初几年，他仍旧不改昔日喜爱射击的毛病，每次到野外狩猎或采集时，总要随身带一把枪，以便射小鸟和野兽。后来，他发现射击会影响研究工作，就断然地放弃了这个爱好。在旅行中，每到一个新地点，第二天就登上山顶，观察新地方，并着手搜集材料，渐渐地，他对科学的喜爱与日俱增。每日的奔波忙碌，也使他逐步放弃了一些与科学无关的嗜好。这种良好的心理修养，为他今后的成长奠定了坚实的基础。
进化论研究
航海归来后，达尔文只在家里住了几天，就去了剑桥。他租了一所公寓，专心整理和研究自己的岩石、矿物标本和地质资料。同时，他还埋头撰写《观察日记》和地质学论文。
不久，达尔文和舰长合著的《皇家军舰冒险号和贝格尔号考察航行记》出版了。接着，达尔文又组织出版关于他采集到的动物标本的研究著作，最后出了一部巨著——《贝格尔号航行中的动物学》。
1837年早春，达尔文又搬回伦敦，一直到9月，他每天几乎都关在房间里，埋头撰写《贝格尔号航海日记》。因为他在航海期间的日记记得非常详细，因此整理起来并不困难，只要把他的一些科学结论加入，便完成了主要工作。在整理时，他所遵循的不是时间的顺序，而是地理的顺序。他认为，把注意力放到对访问国的描写方面，这对读者来说更容易理解一些。在这种描写中，他有意包括了动物的生活方式、地质考察、风景描写以及个人的印象。6月份写完日记之后，在尚未发行前，他临时装订了几册，寄给一些熟识的朋友，他们不仅赞赏日记写得精彩，而且对日记的整理速度感到惊奇。一位叫呼克尔的教授每天晚上都把册子放在枕头底下，一睡醒马上就阅读，爱不释手。专家们赞赏并没有使达尔文满足，稍事休息后，他又对日记做了仔细、认真的整理，直到认为满意才送去付印。
在这段日子里，和达尔文来往最频繁的就是赖尔教授。他是经常关心和非常赞赏达尔文的几个学者之一。赖尔教授天资聪颖，举止稳重，创造力和判断力都别具一格。尤其令人可敬的是他有一种非常难得的雅量，他对别人所提出的主张，虽然不表赞同，但他还是愿意去协助别人。在达尔文提出三种珊瑚礁形成原因的见解后，最先支持的人就是他。达尔文热烈地拥护赖尔的地质学思想，他们经常在一起讨论地质学方面的问题，并互相交换意见，把所有的可能性，反复地思索探讨，直到搞懂为止。因此，每次讨论结束后，达尔文脑海里总有一个新的世界出现，他觉得没有赖尔教授的协助和鼓励，就不会顺利地完成许多工作，就不会使自己的地质学研究和生物学研究有所进展。他认为赖尔教授所带给他的收获是难以用笔墨来形容。他决心在地质学方面刻苦探索，做出成就，以回报赖尔教授的帮助。
从此，达尔文和赖尔的交往频繁，赖尔成了达尔文“最有力的朋友”。他们常常在一起畅谈南美洲的地质情况，交换各自的研究心得和体会。达尔文提出地质学方面的任何疑难问题，赖尔总是不厌其烦地加以解答。赖尔还常常对达尔文的一些新见解提出各种各样的异议，迫使他把问题想得更周到一些。
达尔文不但在学术上十分推崇赖尔，就连赖尔那种“工作强度以不损害身体健康为限度”的治学精神，也成了他效法的榜样。他仿照赖尔的办法，安排了自己的作息时间。他把一天的时间分做几个阶段，每工作两小时就上街去办一些事，回来再继续工作。这种用改变工作内容来代替休息的安排，真是一种积极休息的好办法。经过一段时间的试验，果然非常有效。
不久，达尔文关于珊瑚礁形成的论文写好了。按照达尔文的观点，珊瑚礁不是由于火山口上升才造成的，而是海底下降，把珊瑚虫带到海洋深处形成的。它和赖尔的“火山口上升”理论是针锋相对的。赖尔看过这篇论文的原稿以后，好些天里一直都在想着珊瑚礁形成的问题。他没有以地质学权威自居，去压制达尔文。相反，他还创造条件，让达尔文到地质学会上去宣读这篇论文。最后，他高兴地接受了达尔文的观点，放弃了自己曾经用来解释过许多地质现象的“火山口上升”理论。
在达尔文发表了几篇地质学和动物学的论文以后，赖尔又介绍他参加了英国科学协会，推荐他担任地质学会秘书的职务。为了鼓励这个年轻的地质学工作者，赖尔还把他心爱的地质锤送给了达尔文。这件不寻常的礼物后来成了这两个密切交往约四十年之久的伟大科学家之间真诚友谊的见证。
老一辈科学家赖尔那种令人钦佩的崇高品质和优良学风对达尔文的成长起了十分巨大的作用。为了感激赖尔的支持和帮助，后来他在给赖尔的信里说：
为了您在地质学方面给我的巨大帮助，我早就想用一种比仅仅提到您的著作更直接的方式来表示对您的感谢。
达尔文把自己得意的著作——《考察日记》第二版献给了赖尔。
达尔文和赖尔在地质学研究中互相尊重、互相切磋，在共同的奋斗中建立了深厚的友谊。这为他们后来在物种起源问题上互相帮助，共同提高，推动科学的发展，打下了牢固的基础。
1837年盛夏的一个夜晚，伦敦的天气格外炎热，许多人都在户外纳凉，住在大马尔勃罗街三十六号公寓里的一个年轻的科学工作者，正汗流浃背地在灯下奋笔疾书。他就是当年春天从剑桥搬到这里来的达尔文。
不久以前，他在地质学会上宣读了几篇论文，那些“大人物”终于用赞许的态度接受了它们。随后，地质学界的权威们也十分关注地经常谈论着他。
尽管这样，达尔文一点也没有忘记自己神圣的职责——探索生物进化的问题。因为他在环球考察期间发现的三个事实经常盘旋在他的脑际，第一个事实，在巴塔哥尼亚发现的动物化石，它的年代虽然久远，却和今天的动物很相似；第二个事实，美洲大陆上的同种动物，从南到北，它们的形态逐渐不同；第三个事实，加拉帕戈斯群岛的大多数生物都具有南美洲生物的特征，而群岛各个小岛上的同种生物却又多少有些不同。这些事实，虽然使他产生了物种可变的思想，但是物种为什么会变化，变化的规律又是什么，也就是说，物种到底是怎样起源和发展的，还是个不解之谜。