夜幕再次降臨，當一切安靜下來以後，只有秋蟲在唧啾鳴唱，此時，肯特郡達溫材的那座鄉間別墅書房裡透出的燈光要比往常更顯得明亮。四十九歲的達爾文不得不花更多的時間來整理他的作品，他本來想寫一本巨大的著作來系統而全面地表達他的思想，但現在看來，原來的計劃應該放棄了。他現在的要求很簡單，就是以最快的速度，用最清晰的語言來充分論述自然選擇的思想，至於其他的很多想法，完全可以在此後慢慢補充增加。
1859年11月，《物種起源》正式出版，作爲生物進化論中里程碑式的作品，它不單改變了人們對生物進化的看法、對自然科學的看法，包括對人的看法，他甚至改變了人們的人生觀和宇宙觀，成爲指導自然科學研究的一本原則性的著作。這本書的意義遠遠不止於確立了生物進化論這門學科，其更重要的意義似乎存在於學科之外。所以，這本書一出版就引起了人們的高度關注和強烈的興趣。雖然初版在當天就被搶購一光，但這遠非一本普通意義上的暢銷書。無論是專業或非專業的人士，都不妨以自己的目的和方式來閱讀和理解這本書。在現代西方，是不是懂一點量子力學和生物進化論的知識，是衡量一個人有沒有高等修養的重要指標。
《物種起源》初版只有四百多頁，達爾文曾遺憾地表示這只是他構思中要寫的內容的一個梗概而已。但這並不妨礙其成爲鉅著，因爲一部作品的意義基本不是靠頁碼多少來確定的。
其實《物種起源》並不是在嚴格地探討物種的起源，這本書的內容相當博雜，儘管內容不多，卻依然很好地體現了達爾文細緻而拖沓的文風。他試圖從地質學、解剖學、植物學和動物學等各個角度來論證他的思想，把他能想到的最有力的例子不厭其煩地列舉個夠，從冰山形成、魚的化石、鴿子馴養再到俄羅斯蟑螂，還把很多大家熟知的生物用生物鏈連接起來，比如對貓和鼠的論述，都給人以耳目一新的感覺。
但所有這些敘述都是圍繞著兩個至關重要的主題來進行：一，物種是以不斷地慢慢地變化的方式來適應環境的，且變化可以遺傳。二，自然對物種作出選擇，適者生存。
達爾文堅定地強調了自然選擇的力量，他認爲“自然選擇每時每刻都在檢驗著地球上的每一個物種，不放過任何一點最微小的變異”。它以安靜的悄無聲息的方式工作著，你感覺不到它的存在，你以爲靜謐的湖面可以給你帶來內心的安寧，你以爲晚霞映照下的山河大地是如此的和諧而壯麗，你以爲一切是美好的，我們終可以抵達至善的天堂。但自然之手卻一直在有效地漠然地工作著，不停地淘汰錯誤的，保留應該保留的。它太安靜了，你一時感覺不到它的成果，直到時間的長河把古老的遺蹟沖刷到你的面前，你纔會認識到它的強大和無情。從龐大的恐龍到遍佈世界的三葉蟲，都在默默訴說著自己悲慘的遭遇。而從單細胞到哺乳動物的不斷遞進，直到自認爲是萬物之靈的人的出現，也一再展示了自然選擇的精確和獨斷。我們就這樣被身不由己地帶到了這裡，無能爲力，別無選擇。回頭一望，早已物是人非、山海變幻。唯一不變的，就是所有物種都要不斷化爲灰塵，再被後來者重新收集，一次次加入到進化的長河中去，絕望透頂，無處可逃。
無論相信上帝與否，都無法逃脫自然法則的控制，我們其實不再需要面對強大的自然時卻去抒發自己對超自然力量的讚美。眼前的森林河流與草原荒漠，鷹擊長空、魚翔淺底，山明水秀、鳥語花香，多麼壯麗輝煌，多麼莊嚴肅穆，又多麼清新可愛！這一切已足以激起我們的感激之心。
我們從此不再需要一個神來解釋這一切了。
也就是說，只要運用生物進化理論，就可以解釋現有的生物現象。生物界看上去儘管美妙，儘管和諧，儘管讓人感動，有時令人心神搖盪，但這些都可以面無表情地用進化論來木然地加以解釋。
爲了論證自己的思想，達爾文采取了題海戰術，利用已有的資料，從生物地理、古生物學、解剖學和比較生理學，以及形態學和胚胎學等幾個方面進行了全面論述，具有無可爭議的強大的說服力。
達爾文明確提出了生存競爭，但反對過分強調這個問題。因爲他看到了生物之間也有相互依存的關係，這使物種之間關係變得相當的錯綜複雜，而不是隻剩下簡單的你死我活的鬥爭。它們並不想成爲這個角鬥場中僅剩的孤獨的勝利者，因爲那其實意味著下一秒的死亡即將來臨。
爲了說服讀者，達爾文又舉了一個例子，英國熊蜂是唯一可以爲紅色三葉草傳粉的昆蟲，因爲只有它才能鑽進那花芯裡面去。而熊蜂的數量又受到田鼠的控制，因爲田鼠經常把熊蜂的蜂巢搞壞掉，讓這些熊蜂無家可歸。至於田鼠的數量吧，當然是取決於貓的心情和肚量了。這樣一來，貓雖然對三葉草不感興趣，但確實可以影響到三葉草的生長是否繁盛。這樣就出現了互相適應現象，有時可以表現爲種間利他行爲。但從貓的內心來說，他吃田鼠的目的，絕不是爲了熊蜂報仇來的。
在貓吃田鼠這個問題上，具備了達爾文所說的生存競爭的兩種含義，一是貓和田鼠的競爭，貓肯定是用盡心機地要多吃田鼠，而田鼠則耍盡聰明地避免被貓吃掉。經過世世代代永恆不變的貓捉老鼠的遊戲，貓變得越來越牙尖爪利，走起路來悄無聲息；田鼠打洞逃跑的技術也越來越高明，成爲土木工程的先驅者之一，這就是種間競爭。而貓與貓之間、鼠與鼠之間存在的種內競爭，這個很好理解，就和男人對金錢和美女的貪婪一樣，貓則總想獨吞所有田鼠。不過在更復雜的抓捕遊戲中，這種競爭不能看起來太單純，赤手空拳打天下的時代已經過去了，捕食者之間可能會結成某種形式的聯盟，以確保捕捉到更多的獵物。這種行爲在表面上看起來就是在演繹一場志同道合的經典故事，其間會有忠誠，會有犧牲，當然也會有背叛，以及由此而引發的激動人心的鐵血復仇。好萊塢最擅長利用這種感天動地兄弟般的友情來打動我們冰冷的心。
就在貓鼠遊戲之中，已深刻地體現了自然選擇的力量，行動拖拉而缺乏激情的貓，以及那些懶惰透頂不想費力打洞的田鼠，總是很如願以償地被餓死或被吃掉。大自然就是通過這種代理的方式工作著，優勝劣汰，適者生存。
而對於明顯的如盲腸之類的退化和萎縮器官的存在，達爾文開始向拉馬克學習，他認爲這是用進廢退的結果，某些不常用的器官經過世代相傳，最後就徹底不用了。他爲此舉了很多例子，比如太平洋島嶼上的一些鳥，因爲島上沒有捕食它們的猛禽，所以它們就不需要費力地飛來飛去，結果翅膀沒有用武之地，長期缺乏練習，最後搞得雙翅亂動也飛不起來了。
這種解釋，其實是和他的自然選擇理論不一致的，最後不得不作出修改，並被現代達爾文理論所拋棄。他舉的另外一個例子是正確的，那就是海島上的昆蟲大多出現雙翅退化現象。原因是完整的翅膀如風中的降落傘，而小小昆蟲的體重又遠遠壓不住強勁的海風的力量，結果被吹到茫茫大海之中，再也難以逃回生天。於是殘翅對於海島上的昆蟲來說反而是一種優勢，所以它們得以生存。
作爲對達爾文這一理論的驗證，1937年，一位法國遺傳學家無意間用有翅果蠅和無翅果蠅作了一次對照觀察。在海風強勁的地方，無翅果蠅的數量迅速超過有翅果蠅的數量，成爲優勢種；在避風海面，有翅果蠅生長正常，而無翅果蠅作爲一種病態，很快就被有翅果蠅在數量上壓倒，並最終消失。
達爾文甚至注意到了中性變異問題，也就是有些變異既不帶來優勢，但也沒多大壞處，有他沒他都行的那種。他認爲這種變異可以被保存下來，而且是造成生物多樣性的原因之一。這在一定程度上解釋了一個疑問，那就是爲什麼所有的生物會彼此不同？而這個疑問是有根據的，因爲達爾文相信所有的生物都有一個共同的祖先。
論證所有生物具有共同祖先的一個重要的例子是胚胎髮育，不同動物具有相似的胚胎階段，似乎清楚地表明瞭它們有共同的祖先；而另一方面，胚胎髮育過程又彼此不同，這有點令人費解，達爾文給出瞭解釋，但仍然令人費解。不過反過來考慮一下是有點道理的，因爲如果發育的過程也完全相同的話，那麼生出來的就是同一種動物了。所以，胚胎髮育過程的差異是造成物種多樣性的一個有效途徑，這種差異本應該是連續的，但毫無疑問，中間有些類型被大自然無情地淘汰掉了，所以出現了狗和貓這樣明顯不同的物種。
達爾文的這一認識其實是建立在對相互隔離的海島上的鳴雀的觀察而得出的結論，大海的隔離使變種得以純化並保存。可是在陸地上，動物們可以到處亂跑、胡搞亂搞，那麼後代的形成機制就複雜得多了。達爾文沒有解決這個問題，好在後來的綜合達爾文主義者給出了漂亮的解決方案。
在並沒有大量化石證據的前提下，達爾文運用演繹的方法論證了生物的進化過程必然是逐漸的和連續的，他堅決不承認存在大的突變和變異，並用一句簡潔的“自然界沒有飛躍”來加以總結和強調。他對漸變論的過度強調導致了這一論點成爲被攻擊的要害部位。進化論繼任者們也不得不費盡心力地尋找合適的理論來化解這些非難。好在，解釋得也同樣漂亮！
那麼，物種的這些逐漸的和連續的變化是有方向的嗎？
達爾文反對目的論，也不同意拉馬克的觀點，但因爲遺傳知識的缺乏，他對拉馬克理論的認識有時是模糊的，導致他的態度也時有搖擺，對很多現象的解釋其實是錯上了拉馬克的舊船。他不斷地運用獲得性遺傳和用進廢退原理來解決一些難題，被後來的新拉馬克主義者引爲知己，也直接造成定向進化理論嘮叨不已廢話不停。這與另外一個問題不同，達爾文與拉馬克一樣，承認“知識的遺傳”。這一觀點與後來的新拉馬克主義有所暗合，也使新拉馬克主義在人文方面的應用有了出奇的效果。
在更多的例子中，達爾文堅決反對拉馬克的解釋。拉馬克認爲生物具有根據其內在的意志而不斷進行自我完善的能力，比如馬，從多趾向單蹄的演變就是一種完善的過程。這一過程也被部分現代古生物學家們不斷地拿出來炫耀，以證明他們定向進化的觀點。而達爾文不認爲動物具有這種定向的自我完善的能力，這種變化傾向的出現只是自然選擇不斷保留有利變異的結果，整個淘汰過程的積累體現出了一種貌似定向進化的效果。
達爾文也並不認爲他已經解決了所有問題，他承認對於智力和一些複雜的人體構造的形成機制，還有待於進一步的探索。並且在文章最後，他特意提到了寒武紀物種大爆發的問題，說如果這一問題不能得到很好解決，將嚴重影響他理論的正確性。
與以前的科學論著不同，此前培根(FrancisBacon)的歸納模式是科學界公認的模式，也就是要在實驗的基礎上大量採集資料，然後對資料進行總結歸納，得出一個簡潔的結論，這就是新的知識。“知識就是力量”，這麼漂亮的話就是培根提出來的。所以，培根的理論極具影響力，被認爲是科學工作的基礎。
而歸納法有兩條基本原則：一，做研究的時候不能有任何先入爲主的概念，不應該有強烈的想要看到某種結果的，甚至都不要去預測可能的結果；二，不要在資料不充分的時候就急著要得出一般的結論。
而達爾文的理論，正是犯了培根的這兩條大忌諱。
達爾文采用的是假說演繹法，也就是先立一個假說，並在這個假說的基礎上進行演繹，推出一些新的認識，然後去自然界尋找證據來證明這些認識，這樣就驗證了假說。這種研究模式在當時被認爲是僞科學模式，所以也一直受到了各方的猛烈抨擊，不過現在得到了平反，據說反而成了最具有說服力的方法。
不管怎樣，《物種起源》賣得很好。達爾文在自傳中總結《物種起源》的成功原因時，並沒有太多沾沾自喜，他認爲主要應歸功於文章寫得很短，只是他原計劃的一個精簡的綱要，而這一變故又部分得益於華萊士的“逼宮”。一旦文章寫得短，就只能選擇一些有趣的事實來描寫，然後導出應有的結論，這樣全書看起來反而簡潔流暢，更具可讀性。達爾文還有點後怕，說假如這書按原本的規模來寫，大概要多出四五倍的內容，太厚了，便極少有人會耐心地去讀完這本書，影響自然也就一般般了。