Po prvých troch rokoch plavby zabudol presvedčenie, že druhy nie sú stále rovnaké, ale postupom času sa menia. Prvým významným dôkazom na podporu tejto teórie boli fosílne, z ktorých bolo jasné, že niektoré živočíchy už vymreli. Darwin sa nemohol zmieriť s myšlienkou, že ich Stvoriteľ zahubil, keď už svoju úlohu splnili, a nahradil ich vyššími bytosťami, medzi ktorými najvyšším tvorom bol človek. Na svojej ceste totiž vykopal mnoho fosílnych pozostatkov a kostí, a tak sa presvedčil, že teraz vidí okolo seba živočíchy podobné, ale menšie. Beagle doplávala k ostrovom Galapágy, vzdialeným vyše tisíc kilometrov od juhoamerickej pevniny, v septembri roku 1935. Devätnásť ostrovov s okolitými skaliskami a lávovými ostrovčekmi je roztrúsených na ploche 59 500 kilometrov
štvorcových. Darwina najprv zmiatlo, ako je možné, že na takých neprívetivých a izolovaných ostrovoch sa vôbec nejaký život usadil. Všimol si tiež, že väčšina miestnych živočíchov nežije nikde inde než na Galapágoch , aj keď zároveň všetky mali nejaké črty spoločné s druhmi, ktoré pozoroval na juhoamerickom kontinente; boli to teda miestne variácie. Zvláštna bola aj skladba miestnych živočíchov. V čase Darwinovej návštevy žili na Galapágoch len dva druhy cicavcov - myši, o ktorých sa Darwin domnieval, že tam vyhynuli, a potkany, ktoré sa tam zrejme dostali na lodiach. Neboli tam žiadne
obojživelníky, len množstvo plazov. Darwin napokon dospel k záveru, že druhy, ktoré sa na ostrovoch vyskytujú, ako aj ich podobnosť s juhoamerickými živočíchmi, vyplývajú z toho, ako sa život na Galapágy dostal. Lávové ostrovy najprv kolonizovali rastliny - ich semená a výtrusy priniesol vietor a more. Len čo sa rastlinstvo stabilizovalo, šancu na to, aby sa uchytili, dostali aj živočíchy. Všetky zvieratá na Galapágoch - okrem tých, ktoré sem doniesol človek - už vyhynuli z náhodných ,, priekopníkov ". Lietajúce živočíchy - vtáky, netopiere a niektorý hmyz - sem prileteli z Južnej Ameriky, z čoho vyplýva ich podobnosť s druhmi, ktoré Darwin už poznal. Všetky ostatné zvieratá sa vyvinuli z predkov, ktorí sem priplávali na kmeňoch a pltiach z posplietaných rastlín; tieto plavidlá vyvrhli rieky po povodniach do mora a morské prúdy ich potom zaniesli až k ostrovom. Chúlostivé vajíčka žiab nemohli v slanej vode prežiť dlho, a aj keby azda sa na vegetácií či chaluhách dostali až na ostrovy, na suchých ostrovoch chýbala sladká voda, ktorú obojživelníky potrebujú. Naproti tomu vajíčka plazov majú tuhý obal, a tak bolo menej pravdepodobné, že sa poškodia, keď ich bude unášať prúd.