Han var en av de første naturvitenskapsmenn som argumenterte for at artene slik de framtrer i vår tid er resultat av en evolusjon. For eksempel har sjiraffer som lever på savannene fått lang hals gjennom å strekke seg mot høytvoksende blader. Tilsvarende vil organer som ikke er i bruk bli svakere. For eksempel vil dyr som begynner å leve et sted uten lys etterhvert miste synet. Disse forandringene i kroppsorganene ville ifølge Lamarck gå i arv (se lamarckisme). Evolusjonsteorien ble presentert i boka fra 1809, som er et ambisiøst forsøk på å beskrive artens utvikling, og også menneskets plass i naturen. Her presenterer Lamarck også en slags psykologi som lener seg tungt på de franske . Et hovedsiktemål her var å vise at menneskets psykologi ('moral') kunne forstås i materielle termer.