达尔文的自然选择论来源于对人的实践和人工选择的观察与研究，所以，他的理论具有非凡的生命力。他不顾很多朋友的反对，坚持用“自然选择”这一已被人的实践证实了的术语。首先他在《动物和植物在家养下的变异》中用几种彻底的、非常深刻的方法研究了这种实践，并且对这种实践做了评论。
达尔文还用前辈的论据和一些科学家的调查研究来证明自己的观点。许多科学工作者都是这样工作的，但是他们在引用时都会注明。达尔文也引用了不少的先例和文献资料，与许多的专家交流，他认为这样会有利于他更好地学习和积累经验。
他详细地将家养动物和栽培植物做了分别说明，并且仔细研究了他们的祖先以及它们被养起来之后发生的变化。
达尔文当时对植物的论述是一大进步。他发现由于嫁接而产生的新品种与杂种的植物，所得出的结果没有什么太大的区别，他还发现植物是无性交配的。
达尔文强调说，重新出现的性状通常都要遗传。他说：“当一种新的性状产生出来的时候，不管它的天性怎样，一般都具有遗传性，尽管这种遗传性是暂时的，然而有时却表现得极为顽强。还有比以下的情形更加不可思议的吗？即原来不是某一物种所具有的某种微小特点，先通过连肉眼都不能看到的微小的雄性细胞或雌性细胞传递下去，然后经过在子宫或卵巢中进行的长久发育过程的不断变化，终于这一特点在后代成熟时出现。再者，由一头产乳量高的母牛的微小的卵生出一头公牛，这头公牛的一个精细胞与一个卵细胞结合之后，又产生出一头母牛，当这头母牛长大时，就会有很发达的乳腺，产出具有特殊品质的牛乳，那么还有比这确凿的事实更加不可思议的吗？但是，正如兰得爵士所正确指出的那样，真正值得惊奇的问题，并不在于一种性状会遗传下来，而在于某些性状有时并不遗传下来。”
为了培育出某种有益的家畜品种，人们早就采用建立动物系谱的方法。甚至半开化的阿拉伯人各部族都一直在使用他们的阿拉伯马的系谱。他们对跑马、猎犬甚至猪的各种优良品种也早就开始这样做了。所以，实践表明亲体的一切优良品质通常都会遗传给后代，否则这种系谱也就没意义了。许多观察结果都表明，由于动植物做某种手术而发生的变异，或是损害也都能遗传给后代。
达尔文收集了大量的实际材料，使他震惊的是，尽管事实五花八门，可是没有固定的规则说明在何时、何种条件下，什么样的性状能遗传或不能遗传。但达尔文认为，当我们还不能查出遗传或不遗传的原因时，这只能说明我们的无知。看来，性状遗传的久远性本身并不能保证性状的稳定性。只有在生活条件不变的情况下，性状才有可能顽强地遗传下去。他说：“我们都知道，许多物种在它们的自然条件下生活时，把同一性状保持了无限的岁月，而当它们被家养之后，便以多种多样的方式发生变异了——这就是说，停止遗传它们的原始形态了。所以，没有任何性状看来是绝对固定的，有时我们可以用生活条件改变了某些性状的发展来解释遗传的停止……”
所谓的返祖现象或返祖性也引起了达尔文极大的兴趣。所谓返祖现象，就是祖先所具有的特性在许多后代的身上都不表现出来，但却在相隔很远的某一后代的身上重新出现，这种特征是隐性遗传的。所以，达尔文认为，有不同的力量决定这一隐性遗传。达尔文也注意到了只限于单性遗传这一现象的存在。例如，某些品种的牲畜所具有的只有公牛才有的无角性状，通过有角的母牛遗传下去。他还强调指出，在一定年龄中所呈现出的性状在下一代也会在一定的年龄上有表现出来的倾向。
在研究杂交的过程中，使他深感吃惊的是，虽然植物通常不能自花授粉，但实际上这里也带有一定的法则，有各种各样的过渡形式。“有些植物进行异花受精时，它能产生大量的种子，这些种子发出的苗比较矮小一些；有些植物当进行自花授粉时，产生很少的种子；有些植物不产生种子；有些植物自己的花粉和柱头水火不相容。”
达尔文认为血缘远有益处，血缘近有害处。
因此，他做出关于人工选择即有意识或无意识选择的结论。这些结论当然基本上都是《物种起源》中的那些结论。
达尔文阐明物种起源的作用时用了一种比喻：“我把选择说成是起主要作用的力量，取决于被我们称为自发的或偶然的变异。假定一位建筑师用一块未经雕琢的石头建筑大厦，各个碎石块的形状可能是偶然的，形状是由重力、岩石性质以及悬崖斜度所决定的——即取决于一些事情和情况，法则和建筑者不存在任何关系。按照同一方式，变异由固定和不变决定，不变异自然选择或人工选择都同选择力量没有关系。如果建筑师用不平的石块做拱门，长石块做门楣，盖起一座大厦，我们会称赞他，这一种赞美比别的都高，关于人工或自然的选择都可以这么说。但是当人们看到某种变异性的重要性下降到从属地位，在下述情况下建筑师所使用的各种技巧并不重要……”
在分析外部条件对生物变异的影响时，达尔文又证明说，这种影响是次要的和无足轻重的，但对生物起一定作用。因此，关于家畜和栽培植物的书籍，实际上不是什么新鲜东西，达尔文全面正确地分析了他的理论在这一范围中的事实，完成了原计划。分析和研究出的结果是《物种起源》中所举的例子。
达尔文想在他的《关于泛生论的暂定假说》中寻求这种解释。泛生论认为不管什么物体，它的任何一部分分离出来都有能独立进行生殖的遗传粒子和能独立得到营养的遗传粒子——芽球，每一芽球都能在下一代身上把已成为芽球起源的那一部分恢复起来，也就是有一部分遗传基因现象。
这种假说阐明了达尔文一直坚信的遗传性质被证实是正确的。他在书中写道：“如果我们假定一种同质的胶状原生动物发生了变异并且呈淡红色的话，那么，由这种原生动物所产生的后代，在发育原地会具有同样的保护色，于是这就使我们联想到遗传的最简单形式。”同一观点完全可以适用在高等动物之中，在下一代发育中重要的一点是，芽球在一定顺序中与细胞发生了关系。达尔文写道：“严格地说，不是婴儿长成为大人，而是婴儿身上含有胚胎，缓慢地、循序渐进地发育起来而长成了大人。大人各个相应的部分在婴儿身上产生……任何一个动物和植物都可以比喻成一畦到处是种子的苗床，其中有些种子很快发芽了，有些种子过一些时候才发芽，还有些种子死去了。一个生物虽然小却是一个独立的有机整体，过着自由自在的生活。”
达尔文清楚地认识到自己设想中的疑点。不清楚的地方是：一是在发育的哪个阶段每个单位分离出芽球来；二是它们是怎样在生殖器官内结合起来的；三是为什么植物和珊瑚发芽的地方是固定的；四是芽球是否在体组织消耗中也要消耗；五是芽球是不是总是游离的，它们是否能结合成更为复杂的芽球；六是整个细胞及其部分是否都起源于这些复杂的芽球。尽管这样，尽管他的许多朋友都不同意，但达尔文自己仍然十分重视这一假说，按照他自己的说法，“虽然是被看不起，仍被人喜欢”。在这本书还未出版前，他就把原稿给赫胥黎寄去了，因为他一向很重视赫胥黎的意见。他于1865年5月27日给赫胥黎写信说：“我必须对自己说一句话，我是一个真正的英雄，我居然敢征求您的意见。”
然而，赫胥黎并未做出对假说有利的公正评论。他说：这种假说布丰从前就曾说过，而且部分地方也为邦纳所解释过。他劝告达尔文不要发表它，可是达尔文没有听从他的劝告。他给赫胥黎的信中写道：“我已读了布丰的书，可笑的是，整整有好几页同我所写的一模一样。然而布丰的观点同我的观点有一个根本的差别，他不认为每一个细胞或组织的原子都会生出一个小芽；相反，他认为液汁或血液都是由有机分子组成，而且有机分子能把营养供给任何一个器官，而如果这些有机分子已完全发育成熟的话，就能聚集起来而形成芽和性器官。”