Esta expedición durou cinco anos e recolliu datos hidrográficos, xeológicos e meteorolóxicos en Sudamérica e en outros moitos lugares. Durante os dous anos que dedicaron a cartografiar a costa oriental arxentina, Darwin fixo numerosas expedicións a la Pampa, donde observou os restos fosilizados de un gran número de animales prehistóricos. Desde Valparaíso (Chile), hizo una excursión de seis semanas de duración a Os Andes, donde observou fósiles de conchas mariñas a catro mil metros de altura, e empezou a interesarse polos cambios xeológicos que o hallazgo implicaba. Tras facer escala en El Callao e outros lugares, e despuois de visitar Lima, el Beagle puxo rumbo ás illas Galápagos; alí puido Darwin observar as tortugas, iguanas y otros animales autóctonos, e procediu a o seu estudio. As observacións levadas a cabo nos diferentes lugares donde o navío fixo escala constituiron a base de súa teoría sobre o orixen das especies.