提起物种起源就不能不说达尔文，他于1859年11月24日出版了《物种起源》一书，是一本论述生物进化的重要著作。该书大概是19世纪最具争议的著作，其中的观点大多数为当今的科学界普遍接受。在该书中，达尔文首次提出了进化论的观点。他使用自己在1830年环球科学考察中积累的资料，试图证明物种的演化是通过自然选择（天择）和人工选择（人择）的方式实现的。
达尔文自己把《物种起源》称为“一部长篇争辩”，其中论证了两个问题：
第一，物种是可变的，生物是进化的。当时绝大部分读了《物种起源》的生物学家都很快地接受了这个事实，进化论从此取代神创论，成为生物学研究的基石。即使是在当时，有关生物是否进化的辩论，也主要是在生物学家和基督教传道士之间，而不是在生物学界内部进行的。
第二，自然选择是生物进化的动力。当时的生物学家对接受这一点犹豫不决，因为自然选择学说在当时存在着三大困难。一是缺少过渡型化石。按照自然选择学说，生物进化是一个在环境的选择下，逐渐地发生改变的过程，因此在旧种和新种之间，在旧类和新类之间，应该存在过渡形态，而这只能在化石中寻找。在当时已发现的化石标本中，找不到一具可视为过渡型的。达尔文认为这是由于化石记录不完全，并相信进一步的寻找将会发现一些过渡型化石。的确，在《物种起源》发表两年后，从爬行类到鸟类的过渡型始祖鸟出土了，以后各种各样的过渡型化石纷纷被发现，最著名的莫过于从猿到人的猿人化石。在现在被称为过渡型的化石已有上千种，但是与已知的几百万种化石相比，仍然显得非常稀少。这有两方面的原因。一方面，生物化石都是偶然形成的，因此化石记录必然非常不完全；另一方面，按照现在流行的“间断平衡”假说，生物在进化时，往往是在很长时间的稳定之后，在短时间内完成向新种的进化，因此过渡形态更加难以形成化石。
关于地球年龄的问题，既然自然选择学说认为生物进化是一个逐渐改变的过程，那就需要无比漫长的时间。达尔文认为这个过程至少需要几亿、十几亿年。但是当时物理学界的泰斗威廉？汤姆逊（即开尔文勋爵，一个神创论者）用热力学的方法证明地球只有一亿年的历史，而只有最近的最多两千万年地球才冷却到能够让生命生存。对于物理学家的挑战，达尔文无法反击，只能说“我确信有一天世界将被发现比汤姆逊所计算而得的还要古老”。我们今天已知道达尔文是对的，而汤姆逊算错了，现在的地质学界公认地球有四十几亿年的历史，而至少在三十亿年前生命就已经诞生了。但是在当时，在地球的年龄问题上，人们显然更倾向于相信物理学权威。
然而最致命的是，达尔文找不到一个合理的遗传机理来解释自然选择。当时的生物学界普遍相信所谓“融合遗传”：父方和母方的性状融合在一起遗传给子代。这似乎是很显然的，白人和黑人结婚生的子女的肤色总是介于黑白之间。汤姆逊的学生、苏格兰工程师简金（F·Jenkin）据此指出：一个优良的变异会很快地被众多劣等的变异融合、稀释掉，而无法像自然选择学说所说的那样在后代保存、扩散开来，就像一个白人到一个非洲黑人部落结婚生子，几代以后他的后代就会完全变成了黑人。达尔文虽然从动植物培养中知道一个优良的性状是可以被保留下来的，但是他没有一套合理的遗传理论来反驳简金。
如果达尔文知道奥地利遗传学家孟德尔的实验，就不会在遗传问题上陷入绝境了。孟德尔在1865年就已经发现了基因的分离定律和独立分配定律。生物遗传并不融合，而是以基因为单位分离地传递，随机地组合。因此，只要群体足够大，在没有外来因素（比如自然选择）的影响时，一个遗传性状就不会消失（肤色的融合是几对基因作用下的表面现象）。在自然选择的作用下，一个优良的基因能够增加其在群体中的频率，并逐渐扩散到整个群体。
很显然，孟德尔主义正是达尔文所需要的遗传理论。可惜，孟德尔的发现被当时的科学界完全忽视了。具有讽刺意味的是，当孟德尔主义在1900年被重新发现时，遗传学家们却认为它宣告了达尔文主义的死亡，在他们看来，随机的基因突变，而不是自然选择，才是生物进化的真正动力。只有一些在野外观察动植物行为的生物统计学家仍然信奉达尔文主义，因为他们所观察到的生物对环境的奇妙适应性，是无法用随机的突变来解释的。
后来孟德尔又提出了遗传定律。
在物种起源中，最重要的一点是对物种变异的探讨。生物的变异指的是生物体亲代与子代之间以及子代的个体之间存在着或多或少的差异。在自然界中，每种生物都可能发生变异，如患白化病的蛇、老虎、大象等，还有四条腿的鸡、两个头的龟等。两栖动物如蛙，更容易变异，特别是在受污染严重的地方。对于生物自身来说，有的变异有利于生物的生存，有的变异则不利于生物的生存。例如，小麦的抗倒伏、抗锈病的变异有利于小麦的生存，而玉米的白化苗则不利于小麦的生存。在动物中，也有很多类似的例子。
自然选择能使子体的构造根据亲体发生变异，也能使亲体的构造根据子体发生变异。在社会性的动物里，如果这种被选择出来的变异有利于整体，自然选择能使各个体的构造适应整体的利益。自然选择所不能做的是：改变一个物种的构造，而不给它一点利益，却是为了另一个物种的利益。虽然在一些博物学著作中谈到过这种效果，但我还没有找到一个值得研究的事例，动物一生中仅仅用过一次的构造，如果在生活上是高度重要的，那么自然选择就能使这种构造发生很大的变异。例如某些昆虫专门用以破茧的大颚，或者未孵化的雏鸟用以啄破蛋壳的坚硬喙端等皆是如此。
有人说过：最好的短嘴翻飞鸽死在蛋壳里的比能够破蛋孵出来的要多得多，所以养鸽者在孵化时要给予帮助。那么，假使“自然”为了鸽子自身的利益，使充分成长的鸽子生有极短的嘴，则这种变异过程大概是极缓慢的，同时蛋内的雏鸽也要受到严格选择，被选择的将是那些具有最坚强鸽嚎的雏鸽，因为一切具有弱椽的雏鸽必然都要死亡；或者可以这样说，那些蛋壳较脆弱而易破的将被选择，我们知道，蛋壳的厚度也像其他各种构造一样，是变异的。在这里有重要的一点需要说明：一切生物一定都会偶然地遭到大量毁灭，但这对于自然选择的过程影响很小，或者根本没有影响。例如，每年都有大量的蛋或种子被吃掉，只有它们发生某种变异以避免敌人的吞食，它们才能通过自然选择而存活。然而许多这种蛋或种子如果不被吃掉，成为个体，它们也许比任何碰巧生存下来的个体对于生活条件适应得更好些。再者，大多数成长的动物或植物，无论善于适应它们的生活条件与否，也必定每年由于偶然的原因而遭到毁灭。虽然它们的构造和体质发生了某些变化，在另外一些方面有利于物种，但这种偶然的死亡也不会有所缓和。但是，即使成长的生物被毁灭的如此之多，如果在各地区内能够生存的个体数没有由于这等偶然原因而全部被淘汰掉；或者，即使蛋或种子被毁灭的如此之多，只有百分之一或千分之一能够发育，那么在能够生存的那些生物中的最适应的个体，假使向着任何一个有利的方向有所变异，它们就比适应较差的个体能够繁殖更多的后代。如果全部个体都由于上述原因而被淘汰，那么自然选择对某些有利方向也就无能为力了。但不能因此否认自然选择在其他时期和其他方面的作用，因为我们实在没有任何理由可以否定许多物种曾经在某一时期和某一区域内因发生过变异而得到改进。
物种起源，是一个进化的过程，也是一个自然选择、适者生存的过程。无论是哪一物种，要想能够继续遗传下去就必须不断的变异和进化。这样才会有生命的延续，才会有我们现在的生活环境。
