Mengutip dari National Geographic, misi utama ekspedisi HMS Beagle adalah memetakan garis pantai Amerika Selatan untuk keperluan angkatan laut Inggris. Darwin bergabung bukan sebagai anggota kru resmi, melainkan sebagai naturalis yang direkomendasikan oleh mentornya di Cambridge, John Stevens Henslow. Dari total waktu pelayaran, Darwin justru lebih banyak menghabiskan waktunya di darat, yakni sekitar tiga tahun tiga bulan, sementara di laut hanya sekitar 18 bulan.

Di sepanjang perjalanan melintasi Amerika Selatan, Darwin mengumpulkan ribuan spesimen tumbuhan dan hewan yang belum pernah dicatat sebelumnya. Di Argentina, ia menemukan fosil tulang mamalia raksasa yang sudah punah, termasuk tengkorak sepanjang 71 sentimeter dari spesies yang belum dikenal, yang ia angkut sendiri kembali ke kapal. Menurut Britannica, temuan-temuan fosil ini mulai mengusik keyakinannya bahwa spesies bersifat tetap dan tidak berubah.

Namun, titik balik terbesar terjadi di Kepulauan Galápagos, yang dikunjungi Darwin pada September 1835. Di sana, ia mengamati sekumpulan burung kutilang dengan paruh berbeda-beda di setiap pulau. Ia kemudian menyadari bahwa variasi paruh tersebut berkaitan dengan jenis makanan yang tersedia di masing-masing pulau. Smithsonian Magazine mencatat bahwa saat kembali ke London, Darwin mulai mengerjakan teorinya secara diam-diam dalam buku catatannya, dan pada 1837 ia sudah menggambar "pohon kehidupan" pertama untuk menggambarkan bagaimana spesies berubah dari waktu ke waktu.

Ekspedisi itu juga memperluas wawasan geologis Darwin. Ia mengembangkan teori pembentukan atol karang yang hingga kini masih diterima secara ilmiah, mengamati bagaimana gempa bumi secara nyata mengangkat daratan di Chile, dan membuktikan sendiri proses-proses yang selama ini ia pelajari hanya dari buku.

HMS Beagle kembali ke Inggris pada 2 Oktober 1836. Darwin masih butuh 23 tahun lagi untuk menyempurnakan dan memberanikan diri mempublikasikan teorinya. Namun, fondasi dari seluruh pemikirannya itu diletakkan dalam lima tahun di atas kapal yang mengelilingi dunia, jauh dari kenyamanan laboratorium mana pun.