Pengantar evolusi
Gagasan Darwin: evolusi melalui seleksi alam

Lihat pula: Nenek moyang bersama
Charles Darwin mengembangkan gagasan bahwa tiap-tiap spesies berkembang dari nenek moyang yang sama, dan pada tahun 1838, ia menjelaskan bagaimana proses yang ia sebut sebagai seleksi alam ini dapat mengakibatkan hal ini terjadi. Gagasan Darwin mengenai cara kerja evolusi bergantung pada pengamatan-pengamatan berikut:
Jika seluruh individu spesies berhasil bereproduksi, populasi spesies tersebut akan meningkat secara tidak terkendali.
Populasi cenderung tetap dari tahun ke tahun.
Sumber daya alam terbatas.
Tiada dua individu organisme suatu spesis yang persis mirip satu sama lainnya.
Kebanyakan variasi dalam suatu populasi dapat diwariskan kepada keturunan selanjutnya.
Darwin menyimpulkan oleh karena organisme menghasilkan keturunan yang lebih banyak daripada yang lingkungan dapat dukung, pastilah terdapat persaingan untuk bertahan hidup, dan hanya beberapa individu yang dapat bertahan hidup pada tiap generasi. Darwin menyadari bahwa keberlangsungan hidup tidaklah didasarkan pada kebetulan belaka. Namun, keberlangsungan hidup bergantung pada sifat-sifat tiap individu, dan sifat-sifat ini dapat membantu ataupun menghalangi keberlangsungan hidup dan reproduksi individu. Individu yang beradaptasi dengan baik memiliki kemungkinan yang lebih besar untuk menghasilkan keturunan yang lebih banyak. Kemampuan beradaptasi yang tidak setara ini dapat menyebabkan perubahan perlahan dalam suatu populasi. Sifat-sifat yang membantu suatu organisme bertahan hidup dan bereproduksi akan berakumulasi dari generasi yang satu ke generasi selanjutnya. Sebaliknya, sifat-sifat yang menghalangi keberlangsungan hidup dan reproduksi akan menghilang. Darwin menggunakan istilah seleksi alam untuk menjelaskan proses ini.
Seleksi alam sering disamakan dengan sintasan yang terbugar (survival of the fittest), tetapi ekspresi ini sebenarnya dicetuskan oleh Herbert Spencer pada buku Principles of Biology tahun 1864, setelah Charles Darwin menerbitkan hasil kerjanya. Sintasan yang terbugar menjelaskan proses seleksi alam dengan tidak benar, karena seleksi alam bukanlah hanya mengenai keberlangsungan hidup, dan tidaklah selalu yang paling bugar (fittest) yang bertahan hidup.
Pengamatan terhadap variasi pada hewan dan tumbuhan merupakan dasar-dasar teori seleksi alam. Sebagai contoh, Darwin memantau bahwa bunga anggrek dan serangga mempunyai hubungan dekat yang mengizinkan penyerbukan pada tumbuhan. Ia mencatat bahwa bunga anggrek mempunyai variasi pada strukturnya yang menarik serangga, sedemikian rupanya serbuk sari yang berasal dari bunga akan menempel pada tubuh serangga. Dengan begitu, serangga akan memindahkan serbuk sari dari anggrek jantan ke anggrek betina. Walaupun struktur bunga anggrek tampaknya rumit, tetapi bagian terspesialisasi ini terbuat dari struktur dasar yang dapat ditemukan pada bunga lain. Pada buku Fertilisation of Orchids karya Darwin, ia mengajukan bahwa bunga anggrek tidak mewakili hasil karya seorang insinyur yang ideal, tetapi diadaptasi dari bagian-bagian yang telah ada melalui seleksi alam.
Darwin masih meneliti dan bereksperimen dengan gagasannya mengenai seleksi alam ketika ia menerima sepucuk surat dari Alfred Wallace yang menulis tentang teori yang mirip dengan teori Darwin. Kedua orang tersebut kemudian mempublikasikan teori mereka secara bersamaan. Baik Wallace dan Darwin melihat sejarah kehidupan seperti sebuah pohon, dengan tiap pangkal cabang pohon merupakan nenek moyang bersama dan ujung cabang mewakili spesies modern yang berevolusi dari nenek moyang bersama ini. Untuk menjelaskan hubungan ini, Darwin mengatakan bahwa semua makhluk hidup adalah berkerabat, dan ini berarti bahwa semua kehidupan haruslah berasal dari beberapa bentuk kehidupan, atau bahkan dari satu nenek moyang bersama. Ia menyebut proses ini sebagai "keturunan dengan modifikasi".
Darwin mempublikasi teori evolusi melalui seleksi alamnya dalam buku On the Origin of Species pada tahun 1859. Teorinya memberikan implikasi bahwa semua kehidupan, termasuk pula manusia, merupakan hasil dari proses-proses alami yang berkelanjutan. Implikasi ini mendapatkan keberatan dari berbagai pihak-pihak keagamaan yang percaya bahwa jenis-jenis kehidupan yang bervariasi diciptakan oleh Sang pencipta. Keberatan tersebut berbeda 180 derajat dengan tingkat dukungan para ilmuwan yang mencapai lebih dari 99 persen pada zaman sekarang.