Уже во время путешествия он сосредоточивал свое внимание на таких явлениях, кот. бросают яркий свет на процесс развития органического мира. Так, его занимало животное население океанических о-вов (Галопагосские о-ва, особенно тщательно исследованные им в этом отношении, сделались классическою землею в глазах натуралистов), геологическая преемственность видов. Особенно важны его исследования в Южн. Америке, благодаря которым рельефно обнаружилось родство между ныне живущими южно-американскими броненосцами, тихоходами и т. п. и ископаемыми представителями этих групп на том же материке. Но это было пока лишь безотчетное стремление широкого и пытливого ума, невольно устремляющегося к труднейшим и загадочным проблемам. Только по возвращении из путешествия в 1837 г., он поставил себе вопрос о происхождении видов и решил приступить к его разработке. В 1839 г., по прочтении книги Мальтуса, у него вполне отчетливо формулировалась идея естественного отбора. В 1842 г. он составил первый набросок своей теории; в 1844 г. — более подробный очерк, который прочел своему другу Дж. Гукеру. Затем 12 лет прошло в собирании и обработке материала и только в 1856 г. Д., по совету Ляйелля, начал составлять «извлечение» из своего труда для печати. Бог знает, когда уви дело бы свет это «извлечение» (рассчитанное на 3 — 4 т.), если бы в 1858 г. А. Р. Валлас, занимавшийся естественноисторическими исследованиями в Малайском архипелаге, не прислал Д. статью, — содержавшую в краткой и беглой, но отчетливой форме, ту же идею естественного отбора, с просьбой напечатать ее в журнале Линнеевского общ. Д. посоветовался с друзьями, которые убедили его напечатать вместе с статьей Валласа краткое извлечение из своего труда. Так он и поступил, а затем принялся за составление более подробного очерка, который вышел в свет в следующем, 1859 г., под загл.: «Origin of species by means of natural selection» («Происхождение видов путем естественного подбора», перев. Рачинского, 2 изд., 1865). Теория Д. (сущность и значение ее изложены в ст. Вид, VI, 24) была разработана так тщательно, опиралась на такую громаду фактов, объясняла столько загадочных явлений, наконец указывала столько новых путей для исследования, что утвердилась в науке с замечательною быстротой, несмотря на ожесточенные нападки противников трансформизма. Наиболее враждебное отношение она встретила во Франции, где восторжествовала только к концу 70-х годов.

Задевая за живое ходячие представления о человеке, его происхождении и проч., она естественно возбудила толки в общей литературе, в ежедневной прессе, в среде теологов и проч. Термины «дарвинист», «дарвинизм», «борьба за существование» сделались ходячими; имя Д. приобрело такую популярность, какой не доставалось ни одному ученому; вообще его теория произвела беспримерное в истории науки впечатление. Виновник всего этого движения вел спокойную, однообразную и уединенную жизнь в своем имении. Малейшее утомление, волнение, оживленный разговор отзывались крайне вредно на его слабом здоровье. Можно сказать, что в течение 40 лет жизни в Доуне не было ни одного дня, когда бы он чувствовал себя вполне здоровым. Только крайняя регулярность, осторожность и умеренность в привычках позволили ему дожить до глубокой старости. Постоянное недомогание не позволяло ему много работать; но крайняя аккуратность и методичность в занятиях, а в особенности настойчивость, с которою он вел свои исследования в течение десятков лет (напр., один из его опытов над земляными червями тянулся 29 лет), возмещали ущерб, наносимый болезнью. Отшельническая жизнь изредка прерывалась поездками в Лондон, к родственникам, на морской берег и т. п., для отдыха и поправки здоровья. Нередко и к нему собирались друзья — Гукер, Ляйелль, Форбес и др., а позднее, с торжеством «дарвинизма», Доун стал привлекать посетителей из самых отдаленных стран. Чарующее впечатление, которое Д. производил на гостей своею приветливостью и простотой, детской незлобивостью, глубокой искренностью и скромностью, не меньше способствовали его популярности, как человека, чем «Происхождение видов» и др. книги его славе как ученого. Впрочем, и в книгах отразилась его нравственная личность: крайняя снисходительность в отношении других и неумолимая строгость к самому себе составляют их характерную черту. Он сам искал слабых мест в своих теориях и все существенные возражения против естественного отбора были им предусмотрены и подвергнуты разбору заранее. Эта научная строгость и честность Д. не мало способствовали быстрому успеху его учения. Почти все исследования Д., явившиеся после «Пр. видов» представляют дальнейшую разработку его теории в применении к тем или другим вопросам биологии. Мы перечислим их по предметам исследования. Книги «Приспособления орхидей к оплодотворению посредством насекомых» (1862), «Действие самоопыления и перекрестного опыления в растительном царстве» (1876) и «Различные формы цветов у растений одного и того же вида» (1877) уяснили биологическое значение цветка и взаимные отношения между насекомыми и растениями. В первом из поименованных сочинений он показал, что причудливые и разнообразные формы цветов у орхидей представляют удивительнейшие приспособления для оплодотворения с помощью насекомых, переносящих цветень одного цветка на рыльце другого ; во втором доказал экспериментальным путем вред постоянного самооплодотворения относительно многих растений и необходимость перекрестного опыления, которое у большинства растений совершается, благодаря насекомым, привлекаемым цветами; в третьем указал существование у многих растений цветов двоякой и даже троякой формы, представляющих очень удобное приспособление для перекрестного опыления с помощью насекомых. Эти работы объяснили целый мир явлений, остававшихся до тех пор непонятными. Что такое цветок, зачем эти яркие, пестрые лепестки, причудливые формы, аромат, нектарии и т. п.? — На все эти вопросы нечего было ответить. Теперь же все это объяснялось с точки зрения пользы перекрестного опыления при помощи насекомых. Исследования Д. о перекрестном оплодотворении вызвали огромную литературу. Гильденбранд, Герман Мюллер, Аксель, Дельпино, Леббок, Фр. Мюллер и мн. друг. исследователи разработали во всех деталях эту важную главу биологии. Д'Арси Томсон в 1883 насчитал 714 работ, посвященных оплодотворению растений и вызванных трудами Д. Две объемистые книги: «Движения и образ жизни лазящих растений» (1876) и «Способность растений к движению» (1880) посвящены движениям вьющихся и лазящих растений и приспособлениям, которыми они обладают для обвивания чужих стеблей, для прицепки к стенам и т. п. Разнообразные формы этих движений Д. сводит к так наз. «циркумнутации», т. е. круговому движению верхушки растущих органов. Циркумнутация, незаметная для глаз, есть общее свойство растений, а такие бьющие в глаза по своей целесообразности явления, как движение верхушки вьющихся растений, складывание листьев мимозы и т. п., суть лишь более выработанные формы этого элементарного движения, связанные с ним постепенными переходами. Равным образом Д. удалось проследить переходы между разнообразными приспособлениями в роде усиков, прицепков, крючочков, помогающих растению держаться за посторонние предметы, — и свести их к простейшей форме, из которой они выработались путем естественного отбора, накоплявшего полезные изменения. Далее к области ботаники относятся «Насекомоядные растения» (1875). Факт существования насекомоядных, точнее плотоядных (так как некоторые из них залавливают и поедают также мелких ракообразных, рыбок и т. п.) был точно установлен Д., причем объяснилось значение целого ряда приспособлений, каковы захлопывающиеся листья мухоловки, пузырьки Utricularia, железистые листья росянки etc. Перечисленные работы доставили Д. одно из первых мест между ботаниками нашего века. Он осветил целые области явлений, казавшихся темными и непонятными; открыл массу новых и поразительных фактов. В 1868 г. он напечатал огромный труд «Прирученные животные и возделанные растения», («The variations of animals and plants under domestication», пер. В. Ковалевского, 2 т.). Первый том представляет свод данных об искусственном отборе, о происхождении домашних животных и растений; во втором изложены общие вопросы, вытекающие из этих данных: законы наследственности, явления атавизма, влияние скрещивания в тесных пределах и др., и наименее удачная из гипотез Д. — гипотеза пангенезиса, с помощью которой он думал объяснить наследственность. В 1871 им была издана книга «Происхождение человека и подбор по отношению к полу» (пер. Сеченова, 1871). В первой части этой книги разбирается вопрос о происхождении человека от низшей, обезьяноподобной, формы; во второй — теория «полового подбора», согласно которой особенности, свойственные только самцам — напр. шпоры петуха, грива льва, яркие перья и музыкальные способности птиц и т. п., — произошли в силу борьбы или соперничества между самцами, так как сильнейшие или красивейшие имеют более шансов овладеть самками и оставить потомство. Книга «О выражении ощущений у человека и животных» (1872) есть применение теории естественного отбора к такому с виду капризному явлению, как игра физиономии под влиянием различных ощущений. Некоторые выражения зависят от известных физиологических процессов и анатомических особенностей нашего тела; другие суть приспособления, унаследованные от далеких предков; третьи — остатки привычек, наблюдаемых у высших животных, сохранившиеся в полустертом, зачаточном состоянии, как сохранились некоторые рудиментарные органы. В своей последней, вышедшей уже не задолго до смерти Д., книге «Образование растительной земли благодаря червям» (1881, русск, пер. Мензбира) он показал путем опытов, измерений и вычислений, какую громадную работу проделывают над нашими почвами земляные черви и какое полезное значение имеют они для растительного мира.