Несмотря на привлекательность интеллектуальной среды Эдинбурга, Дарвину недоставало смелости, чтобы заниматься хирургией в век кровавых операций без анестезии. К 1828 году он обучился таксидермии у освобожденного раба Джона Эдмонстоуна и перевелся в кембриджский Крайст-колледж, социальная и научная атмосфера которого казалась ему более приемлемой. Очевидно, что Эдинбург преподал ему важный урок — умение ставить под сомнение общепринятые истины. История обучения Дарвина в Кембридже хорошо известна. Он начал коллекционировать жуков, которые даже в умеренном английском климате встречаются в огромном количестве видов. Дарвин регулярно общался со знаменитыми философами науки Уильямом Уэвеллом и Джоном Гершелем. Вместе с геологом Адамом Седжвиком он отправился в долгое путешествие для исследования скал в Уэльсе. Кроме того, Дарвин проводил долгие часы над гербарием вместе с ботаником Джоном Стивенсом Генслоу. Ни один блестящий молодой натуралист того времени не получал лучшей подготовки в области естественной истории. С другой стороны, в начале XIX века все преподаватели Кембриджа были обязаны иметь духовный сан в англиканской церкви. Каждый, с кем так или иначе пересекался Дарвин, был религиозен, по крайней мере на словах. По этой причине вряд ли в академических кругах университета много говорили об изменчивости видов, хотя Элдридж и указывает на то, что в блестящем труде Гершеля «Предварительное рассуждение к изучению натуральной философии», выпущенном в 1830 году, содержались некоторые взгляды на историю живого мира, с ними Дарвин мог познакомиться в Эдинбурге.
Окончив университет в 1831 году, 22-летний Дарвин был полностью готов к путешествию, изменившему всю его жизнь. Благодаря Генслоу он сумел достать приглашение сопровождать капитана шлюпа «Бигль» Роберта Фицроя в экспедиции, целью которой было составление карты побережья Южной Америки. В итоге это плавание обернулось для участников эпическим кругосветным путешествием длиной в пять лет, а его ключевые моменты были неоднократно описаны: сначала Дарвин своими глазами наблюдает фантастическое разнообразие живых существ на всем земном шаре, в особенности в тропиках; затем находит неподалеку от бразильского города Баия-Бланка окаменелые останки вымерших глиптодонтов, которых со временем вытеснили их живые потомки — броненосцы; потом замечает, как по мере продвижения по Аргентине с севера на юг одни виды страусов нанду сменяются другими; затем ужасается варварской колониальной системе и рабовладению в Бразилии; а после этого, наконец, замечает, что на каждом острове Галапагосского архипелага проживает собственный вид вьюрков, родственный континентальным.
