Накопичені теоретичні та фактичні матеріали були приведені Чарлзом Дарвіном (1809-1882) в струнку систему, що отримала в подальшому назву дарвінізму. Дарвін встановив, що головними діючими факторами еволюції є спадкова мінливість і природний відбір. У своїй теорії Дарвін виходив з існування двох типів мінливості - визначеною і невизначеною (спадкової). У тому випадку, коли діючі умови середовища однаково впливають на зміну всіх або більшості особин, має місце певна мінливість, наприклад залежність між кліматом і товщиною шкіри або вовняного покриву. Певна мінливість при відсутності діючого фактора, як правило, спадково закріплюється в наступному поколінні (т. Е. Носить суто пристосувальний характер). Невизначені зміни виникають в окремих особин також під впливом зовнішнього середовища, але носять випадковий характер і спадкові за своєю природою. Якщо виникли невизначені зміни корисні для даного виду, то в процесі природного відбору вони закріплюються, даючи в подальшому початок новому виду. Наприклад, якщо всередині групи рослин одного виду під впливом випадкових причин виникли окремі рослини з ознаками холодостійкості, то при попаданні в більш холодний клімат виживають саме холодостійкі рослини, даючи, таким чином, початок новим холодостійких рослинам. Завдяки безперервному дії природного відбору тварини або рослини, що знаходяться в різних районах проживання, пристосовуються до місцевих умов, змінюються в різних напрямках (у відповідності з цими умовами) і будуть розходитися у своїх ознаках, або дівергіровать. Ця дивергенція повинна привести до утворення нових форм, які в свою чергу будуть також дівергіровать, так що з однієї вихідної форми виникає більшу або меншу кількість нових форм (видів або різновидів).
Дарвін сприйняв вже твердо увійшла в біологію концепцію виду і говорив про еволюцію як про походження видів. Проте теорія Дарвіна тільки вказала на головні чинники еволюції і тому давала лише загальний опис процесу.
Праці Ч. Дарвіна були високо оцінені К. Марксом і Ф. Енгельсом. Вони відзначали, що еволюційне вчення обґрунтувало можливість використання історичного методу в додатку до природи, завдало удару по релігійним уявленням про постійність і незмінність всього існуючого, по ідеалістичним і метафізичним поглядам на розвиток органічного світу. Праці Ч. Дарвіна були названі Ф. Енгельсом одним з найбільших досягнень природознавства Х1Х століття.