The Structure and Distribution of Coral Reefs
Giả thuyết về sự hình thành rạn san hô vòng

Sự hình thành nên rạn san hô vòng vẫn còn là một ẩn số khoa học vào thời điểm năm 1831 thì. Trong năm 1824 và 1825, hai nhà tự nhiên học người Pháp là Quoy và Gaimard nhận thấy rằng san hô chỉ sống ở vùng nước tương đối nông trong khi rạn san hô vòng lại xuất hiện giữa đại dương sâu thẳm. Tác giả của những cuốn sách tham khảo có trên tàu Beagle như Henry De la Beche, Frederick William Beechey và Charles Lyell nêu ý kiến rằng san hô đã phát triển trên các núi hay núi lửa ngầm, trong đó rạn san hô vòng mang hình dạng của miệng núi lửa ngầm. Lời hướng dẫn của Bộ Hải quân Anh dành cho chuyến đi có ghi:
Một lý thuyết hiện đại và rất hợp lý đã được đưa ra, theo đó thì những cấu tạo tuyệt vời này [tức rạn san hô vòng] được nâng lên từ đỉnh của những núi lửa đã tắt thay vì nhô lên từ đáy biển...
Năm 1827, khi còn là sinh viên Đại học Edinburgh, Darwin đã nghiên cứu về động vật biển không xương sống trong thời gian làm môn đệ của nhà giải phẫu học Robert Edmond Grant. Trong năm học cuối tại Đại học Cambridge vào năm 1831, ông nghiên cứu địa chất học với thầy là Adam Sedgwick. Thuyền trưởng FitzRoy mong muốn đồng hành cùng một người có khả năng nghiên cứu địa chất trong khi những người còn lại tiến hành khảo sát thủy văn, và Darwin - người bất ngờ được dành một chỗ trong chuyến thám hiểm Beagle - hoàn toàn phù hợp với mục tiêu của ông. Darwin được FitzRoy đưa cho tập đầu trong bộ Principles of Geology của Lyell - tóm lược ý tưởng cho rằng rạn san hô vòng hình thành trên miệng núi lửa. - trước khi chuyến hành trình bắt đầu. Khi dừng chân tại bờ đảo St Jago vào tháng 1 năm 1832, Darwin dùng thuyết hiện tại luận của Lyell để giải thích các thành hệ địa chất mà ông quan sát được, theo đó thì các lực địa chất khiến đất đai nâng lên hay sụt xuống trong những khoảng thời gian cực kì dài. Lúc này, Darwin nảy ra suy nghĩ rằng ông có thể viết một cuốn sách về địa chất của riêng mình.
Trong thời gian từ tháng 2 năm 1832 đến tháng 9 năm 1835, tàu Beagle tiến hành khảo sát bờ biển Nam Mỹ. Giai đoạn này Darwin thực hiện tổng cộng bảy chuyến đi vào đất liền và tìm được rất nhiều chứng cứ cho thấy đại lục này đang dần nâng lên. Ông được tận mắt chứng kiến một vụ núi lửa phun trào và sau đó còn trải nghiệm một trận động đất vào ngày 20 tháng 2 năm 1835. Trong những tháng về sau, Darwin suy luận rằng những khu vực rộng lớn ngoài đại dương sẽ lún xuống do vùng đất liền nâng lên. Điều này gợi cho ông ấn tượng rằng có thể giải thích sự hình thành rạn san hô vòng dựa theo cách này.
Theo hiểu biết của Darwin, san hô sống tại vùng biển nhiệt đới có nước sạch và bị khuấy động mạnh sẽ hình thành nên rạn san hô viền bờ ngay dưới mực nước triều thấp. Rạn viền bờ có thể vẫn kiên trì bám trụ xung quanh bờ đảo trong trường hợp bờ đảo bị nâng lên (ví dụ khi đảo là một núi lửa đang hoạt động) nhưng sẽ chết nếu bị nâng khỏi mặt biển. Theo thời gian, rạn san hô phát triển xa ra và trở thành rạn san hô chắn bờ với điều kiện bờ đảo ổn định. Khi bờ đảo dần dần lún xuống thì san hô có thể sẽ tiếp tục phát triển hướng lên phía mặt nước và trở thành rạn san hô dạng vòng một khi hòn đảo chìm hẳn xuống mặt biển. Tuy nhiên, nếu đảo lún xuống quá nhanh hoặc nước biển dâng lên quá gấp thì san hô sẽ chết do chúng chỉ sống được ở vùng nước nông.