Charles Darwin teorisini bir dizi gözleme dayanarak ortaya atmıştı. 1832 yılında İngiltere'den yola çıkan ve beş yıl boyunca dünyanın farklı bölgelerini gezen H.M.S. Beagle adlı resmi keşif gemisinde gönüllü olarak yer almıştı. Genç Darwin, bu gezi sırasında gördüğü farklı canlı türlerinden, özellikle de Galapagos Adaları'nda gördüğü farklı ispinoz türlerinden çok etkilendi. Bu kuşların gagalarındaki farkların, çevreye uyum sağlamalarından kaynaklandığını düşündü.

Darwin bu gezisinin ardından İngiltere'deki hayvan pazarlarını gezmeye başladı. İnek yetiştiricilerinin farklı inek cinslerini çiftleştirerek yeni cinsler türettiklerine şahit oldu. Galapagos'ta gördüğü farklı ispinoz türlerini de bu gözlemlerine eklediğinde, kafasında bir teori şekillenmeye başladı. Sonunda bu fikirlerini 1859 yılında yayınlanan Türlerin Kökeni adlı kitabında açıkladı. Bu kitapta, tüm canlı türlerinin tek bir ortak atadan geldiklerini, ancak zaman içinde küçük değişimlerle birbirlerinden evrimleştiklerini iddia ediyordu.

Darwin'in teorisini Lamarck'ın teorisinden farklı kılan nokta, asıl vurguyu "doğal seleksiyon"kavramına yapmış olmasıdır. Doğal seleksiyon, doğadaki yaşam mücadelesinde, güçlü ve ortamın şartlarına uygun olan canlıların hayatta kalması anlamına gelir. Darwin şöyle bir mantık kurmuştur:

"Bir canlı türü içinde doğal ve rastlantısal farklılıklar olmaktadır. Örneğin bazı inekler daha büyük, bazıları daha koyu renklidir. Bu değişikliklerin hangisi avantajlı ise, o özellik doğal seleksiyon tarafından seçilecektir. Böylece söz konusu avantajlı özellik, o hayvan topluluğuna hakim hale gelecektir. Bu özelliklerin uzun zaman içinde birikmesiyle de, ortaya yeni bir tür çıkacaktır."

Charles Darwin, teorisini ilkel bir bilim düzeyi içinde geliştirdi. Yandakine benzer ilkel mikroskopların altında, canlılık çok basit bir yapıya sahip gibi duruyordu. Bu yanılgı, Darwinizm'in temelini oluşturdu.

Ancak Darwin'in ortaya attığı bu "doğal seleksiyonla evrim"teorisi, daha ilk başta pek çok soru işaretini beraberinde getirmişti: Darwin'in "doğal ve rastlantısal farklılıklar"dediği şey gerçekte ne idi? Evet, bazı ineklerin daha büyük, bazılarının daha koyu renkli doğabildikleri doğruydu, ama bu farklılar milyonlarca bitki ve hayvan türünü nasıl açıklayabilirdi?

1) Darwin "canlılar kademe kademe evrimleşmişlerdir"diyordu. Bu durumda çok sayıda "ara tür"yaşamış olmalıydı. Ama fosil kayıtlarında bu teorik canlılardan iz yoktu. Darwin bu sorun üzerinde çok kafa yormuş ve sonuçta "bu fosiller ileride bulunabilir"demek zorunda kalmıştı.

2) Canlıların göz, kulak, kanat gibi kompleks organları nasıl doğal seleksiyonla açıklanabilirdi? Tek bir dokuları eksik olsa hiçbir işe yaramayacak olan bu organların, "kademe kademe"gelişmiş oldukları nasıl savunulabilirdi?

3) Tüm bunların öncesinde, Darwin'in "tüm canlıların ortak atası dediği"ilk canlı organizma nasıl oluşmuştu? Cansız madde, doğal süreçlerle canlı hale gelebilir miydi?

Darwin bu sorunların en azından bir kısmının farkındaydı. Kitabına eklediği "Teorinin Zorlukları" (Difficulties on Theory) adlı bölümde bunları kabul etmişti. Ancak bu sorunlara getirdiği cevapların bilimsel açıdan bir geçerliliği yoktu. Amerikalı fizikçi Lipson, Darwin'in bu "zorlukları"hakkında şu yorumu yapar:

Darwin bilimsel araştırmalar ilerledikçe, "Teorinin Zorlukları"nın ortadan kalkacağını umuyordu. Ama aksine, bilimsel bulgular bu zorlukları daha da büyüttü.