不过达尔文仍然对于造成演化的原因不解。他思考过数十种想法，但又一一排除。一直到再过一年半后，“天择”这个演化的引擎才在他的脑海中逐渐成形。激发达尔文将这些线索拼凑起来的灵感，是马尔萨斯（Thomas Malthus）关于我们现在所谓人口压力的严酷论文。马尔萨斯写的是关于人口，但达尔文了解所有物种都会制造比存活数还多的子代。他也率先看出，大自然并非以随机方式削减物种，只有稍微比较适合环境的个别动植物，比较可能生存繁衍，而较不适合的个体则从繁殖种群中被淘汰掉。如同农夫会通过刻意的筛选与繁殖，来改变家畜与农作物，大自然也选择那些最适合目前状况的生物繁衍下一代，借以改变现有物种，甚至最终形成新物种。天择就是用来选择的筛，而种群压力则是把每个世代挤压过筛的力量。
经过多年的准备后，达尔文一旦形成这种视野，就立刻了解到所有物种，无论是现存或已灭绝的，都是从早期的形式长期演化而来，而生物错综复杂的适应性则是在天择的客观力量下，于漫长的期间缓慢形成的，先前这种适应性一直被视为是上帝的杰作。
达尔文最重要的见解“天择”，是全新的创见。天择与许多伟大的科学概念不同，古希腊人未能窥见它的存在，哲学家也不曾为它辩论，也没有任何更早期的科学家曾提出过。达尔文最具辩才的支持者赫胥黎写道：“新物种可能是外部环境根据存在个体的特定类型，就其突变进行选择后所产生的……这对科学概念史学家以及1858年前的生物专家来说，都是全新的概念。但是此看法是《 物种起源 》（Origin of Species）的核心概念，亦为达尔文学说的精华所在。”
达尔文在1838年即产生这种看法，但他一直到1858年才出版《物种起源》。没有人知道他为什么要等20年，才向全世界提出他的发现。但是我们知道他曾把自己的想法透露给几位科学家朋友，他们一直恳求他发表这个理论。后来一直到博物学家华莱士（Alfred Russel Wallace）寄给达尔文一篇刚写的论文，里面同样提出天择产生演化的重要观点时，达尔文才被迫着手发表自己的看法。如同哥白尼一样，达尔文深切了解他的创见将威胁现有的世界观。他也跟哥白尼一样，多年来一直收集能支持他这个新系统的事实与论据。若不是华莱士碰巧闯入达尔文发现的领域，达尔文很可能会跟哥白尼一样，等到临死前才发表他的研究。
在《 物种起源 》的结尾，达尔文暗示他的理论将为人类的进化提供新的线索。达尔文在1871年的《 人类的由来 》一书中，勇敢面对自己掀起的风暴。在这本书中，他提出支持人与猿之间关系密切的证据。他详述人与猿在身体构造上的许多类似之处，指出人和猿从胚胎到繁殖成熟期的发展过程中有许多一致的地方，他甚至发现人类情感与猿类行为模式之间有类似之处。他指出自共同祖先分化而出的现代猿类和人类，是如何在天择下演化出所有这些特征的。在达尔文的所有观念中，这个观念遭到的抗拒最为强烈。
除了达尔文最亲密的支持者之外，几乎没有人会喜欢人与猿是源自相同祖先的说法。神学家对这种说法更是感到震惊。达尔文的理论等于打了《 圣经 》一巴掌，《 圣经 》主张上帝是按照自己的形象创造了人。对神学家而言，人类是独特的，是唯一有灵魂的动物，地位只比天使稍低。任何不同的看法显然都会威胁到人类的定义和道德的基础，简单地说，就是他们的世界观。
达尔文以机械论来解释适应性，也夺走了信奉上帝者所认为神存在的强大证据——设计论。如同今日的创造论者，达尔文时代的神学家认为，眼睛这类复杂的器官就足以证明有一个伟大的设计者存在，更不用提所有特性都适合环境的生物。佩利（William Paley）牧师在1802年写道，就如同表暗示着钟表匠的存在，大自然错综复杂的作品也暗示着有位无所不能的设计者存在。客观的自然法则可能主导行星的路径，但只有上帝能塑造完美分化与适应力强的生命。达尔文的理论使得钟表匠理论显得多余：老鹰的双眼、羚羊的双腿和老虎的爪是在天择而非上帝的旨意下，经过亘古的时间筛选塑造而成的。
