บทนำวิวัฒนาการ
การคัดเลือกโดยธรรมชาติ

ข้อมูลเพิ่มเติม: การคัดเลือกโดยธรรมชาติ
ในประเทศตะวันตกช่วงคริสต์ทศวรรษที่ 19 การชมดูพิพิธภัณฑ์และการเก็บข้อมูลหลักฐานทางธรรมชาติวิทยาเป็นงานอดิเรกที่นิยมอย่างหนึ่ง
นักธรรมชาติวิทยาดังว่าจะเก็บรวบรวม ทำบัญชี พรรณนา และศึกษาตัวอย่างเป็นจำนวนมากที่รวบรวมไว้และจัดการโดยพิพิทธภัณฑสถาน
คณะนาวิกโยธินบ่อยครั้งจะว่าจ้างนักธรรมชาติวิทยา
ชาลส์ ดาร์วิน เป็นชาวอังกฤษที่ได้การศึกษาและการฝึกฝนในสาขาธรรมชาติวิทยา
ดาร์วินทำหน้าที่เป็นนักธรรมชาติวิทยาบนเรือราชนาวีอังกฤษ HMS Beagle ที่ดำเนินทำการสำรวจและวิจัยทั่วโลกเป็นเวลา 5 ปี
ในช่วงการเดินทางนี้ เขาได้สังเกตเห็นและเก็บรวบรวมสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก โดยสนใจเป็นอย่างยิ่งในรูปแบบที่หลายหลากของสิ่งมีชีวิตตามชายฝั่งทะเลอเมริกาใต้ และหมู่เกาะกาลาปาโกสที่อยู่ใกล้ ๆ
ชาลส์ ดาร์วินเป็นผู้เสนอทฤษฎีวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ
ดาร์วินสังเกตเห็นว่า กล้วยไม้มีการปรับตัวที่ซับซ้อนเพื่อประกันการถ่ายละอองเรณู โดยการปรับตัวล้วนกลายมาจากส่วนประกอบพื้นฐานของดอกไม้
ดาร์วินได้ประสบการณ์ที่กว้างขวางเมื่อรวบรวมและศึกษาประวัติธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตจากที่ไกล ๆ
และอาศัยการศึกษาเช่นนี้ เขาได้ตั้งไอเดียว่า สปีชีส์แต่ละชนิดได้พัฒนามาจากบรรพบุรุษที่คล้ายกัน
ในปี 2381 เขาพรรณนาถึงกระบวนการที่เขาเรียกว่า การคัดเลือกโดยธรรมชาติ ว่าจะทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงเช่นนี้ได้อย่างไร
ขนาดของประชากรจะขึ้นอยู่กับการมีทรัพยากรธรรมชาติเพียงพอเพื่อรองรับกลุ่ม
ถ้าจะให้ประชากรดำรงขนาดเท่ากันปีต่อปี ก็จะต้องมีดุลยภาพ หรือความสมดุลระหว่างขนาดประชากรและทรัพยากรที่มี
เนื่องจากสิ่งมีชีวิตให้กำเนิดทายาทมากเกินกว่าที่สิ่งแวดล้อมจะรองรับได้ 
สิ่งมีชีวิตแต่ละรุ่นจึงจะไม่รอดชีวิตได้ทุกหน่วย และต้องต่อสู้แข่งขันเพื่อทรัพยากรที่ช่วยให้รอดชีวิต
ดังนั้น ดาร์วินจึงตระหนักรู้ว่า ไม่ใช่ความบังเอิญอย่างเดียวที่ตัดสินการรอดชีวิต
แต่จะขึ้นอยู่กับความแตกต่างของสิ่งมีชีวิตแต่ละหน่วย คือลักษณะสืบสายพันธุ์ (trait) ที่ช่วยหรือขัดขวางการรอดชีวิตและการสืบพันธุ์
สิ่งมีชีวิตที่ปรับตัวได้ดีมีโอกาสมีลูกมากกว่าคู่แข่งที่ปรับตัวได้ไม่ดีเท่า
ลักษณะที่ขัดขวางการรอดชีวิตและการสืบพันธุ์จะ "หายไป" ตามชั่วยุค
ส่วนลักษณะที่ช่วยให้รอดชีวิตและสืบพันธุ์จะ "สะสม" ตามชั่วยุค
ดาร์วินตระหนักรู้ว่า สมรรถภาพไม่เท่ากันของสิ่งมีชีวิตแต่ละหน่วยเพื่อรอดชีวิตและสืบพันธุ์สามารถเป็นเหตุต่อการเปลี่ยนแปลงของประชากรอย่าค่อยเป็นค่อยไป เขาใช้คำว่า การคัดเลือกโดยธรรมชาติ (natural selection) เพื่อพรรณนากระบวนการนี้
ความหลากหลายของสัตว์และพืชที่เห็น เป็นมูลฐานของทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติ
ยกตัวอย่างเช่น ดาร์วินสังเกตเห็นว่า กล้วยไม้สัมพันธ์กับแมลงอย่างใกล้ชิดที่ทำให้พืชสามารถถ่ายละอองเรณูได้
คือกล้วยไม้มีโครงสร้างต่าง ๆ ที่ดึงดูดความสนใจจากแมลง และละอองเรณูจากดอกไม้จะติดไปกับตัวแมลง
โดยวิธีนี้ แมลงจึงเป็นตัวขนละอองเรณูจากกล้วยไม้เพศผู้ไปยังเพศเมีย
ถึงแม้กล้วยไม้จะมีลักษณะพิสดารต่าง ๆ แต่ส่วนพิเศษเหล่านี้ก็เกิดจากโครงสร้างพื้นฐานเดียวกันที่มีในดอกไม้อื่น ๆ
ในหนังสือปี 2405 การผสมพันธุ์ของกล้วยไม้ (Fertilisation of Orchids) ดาร์วินเสนอว่า ดอกไม้ของกล้วยไม้ได้ปรับตัวมาจากส่วนที่มีอยู่แล้วผ่านกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติ
ในขณะที่ยังกำลังวิจัยและทดลองไอเดียเกี่ยวกับการคัดเลือกธรรมชาติ เขาก็ได้รับจดหมายจากนักธรรมชาติวิทยาอัลเฟรด รัสเซล วอลเลซ ผู้พรรณนาถึงทฤษฎีที่คล้ายกับของเขาเอง
ซึ่งนำไปสู่การพิมพ์ทฤษฎีทั้งสองร่วมกันทันที
ทั้งวอลเลซและดาร์วินเห็นประวัติสิ่งมีชีวิตเหมือนกับต้นไม้ตระกูล (พงศาวลี) โดยจุดแยกสาขาแต่ละจุดก็คือบรรพบุรุษร่วมกัน
ปลายสุดของสาขาเป็นตัวแทนสปีชีส์ปัจจุบันและกิ่งต่าง ๆ เป็นตัวแทนบรรพบุรุษร่วมกันของสปีชีส์ต่าง ๆ 
เพื่ออธิบายความสัมพันธ์นี้ ดาร์วินกล่าวว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดเป็นญาติกัน ซึ่งหมายความว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดต้องสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษเพียงไม่กี่รูปแบบ หรือแม้แต่บรรพบุรุษร่วมกัน
เขาเรียกว่ากระบวนการนี้ว่า การสืบเชื้อสายพร้อมกับการเปลี่ยนแปลง (descent with modification)
ดาร์วินพิมพ์ทฤษฎีวิวัฒนาการผ่านการคัดเลือกโดยธรรมชาติในหนังสือ กำเนิดสปีชีส์ (On the Origin of Species) ในปี 2402
ทฤษฎีของเขาแสดงว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดรวมทั้งมนุษย์ เป็นผลผลิตของกระบวนการธรรมชาติที่เป็นไปอย่างต่อเนื่อง
ปัจจุบันกลุ่มศาสนาต่าง ๆ ก็ยังคัดค้านประพจน์ว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดในโลกมีบรรพบุรุษรวมกัน
เทียบกับการสนับสนุนทฤษฎีถึง 99% ในชุมชนนักวิทยาศาสตร์