在他们出发之前，罗伯特·菲茨罗伊送给了达尔文一卷查尔斯·赖尔所著《地质学原理》（在南美他得到第二卷）。该书将地形地貌解释为漫长历史时间渐进演变的的结果。当他旅程的第一站抵达圣地亚哥佛得角的时候，达尔文注意到该地火山岩峭壁的高处有一条白色的沉积层内有许多裸露的珊瑚与贝壳碎片。这很好地解释了赖尔的理论，并给予了达尔文思考岛屿地质史全新的视角，使他决定写一本关于地质学的书。达尔文在接下来的旅程中有着更多的发现，它们中的许多是戏剧性的。在巴塔哥尼亚，他看见次级而上的分布着圆石与海贝平原，它们其实是被抬高的海滩。在经历了智利的地震后，他发现贻贝的床基高高地搁浅在潮汐之上，这显示陆地已经被抬高了。在安第斯山脉的高处，他发现化石树矗立在一片沙滩上，周围分布着海贝片。在小獵犬號勘探了科科斯（基林）群岛后，他推论这些珊瑚环岛，是形成在下沉的火山之上的。