Quando o Beagle regressou em 2 de Outubro de 1836, Darwin era uma celebridade no meio científico. Ele visitou a sua casa em Shrewsbury e descobriu que seu pai havia feito vários investimentos para que Darwin pudesse ter uma vida tranquila. Mais que isto, ele poderia ter uma carreira científica auto financiada. Darwin foi então a Cambridge e convenceu Henslow a fazer descrições botânicas das plantas que ele tinha encontrado. Depois dirigiu-se a Londres onde procurou os melhores naturalistas para descrever as suas outras colecções de forma a poder publicá-las.
O entusiasta Charles Lyell encontrou Darwin em 29 de Outubro e apresentou-o ao jovem e promissor anatomista Richard Owen, depois de trabalhar na colecção de ossos fossilizados de Darwin no Royal College of Surgeons, Owen surpreendeu todos ao revelar que alguns dos ossos eram de tatus e preguiças gigantes extintas. Isto melhorou a reputação de Darwin. Com a ajuda entusiasmada de Lyell, Darwin apresentou seu primeiro artigo no Geological Society de Londres a 4 de Janeiro de 1837, afirmando que a massa terrestre da América do Sul se estava a erguer lentamente.
No mesmo dia, Darwin apresentou seus espécimes de mamíferos e aves à Zoological Society. Os mamíferos ficaram aos cuidados de George R. Waterhouse. Embora, em princípio, os pássaros parecessem merecer menos atenção, o ornitólogo John Gould revelou que o que Darwin pensara serem corruíras, melros e tentilhões levemente modificados das Galápagos, mas de facto eram todos tentilhões, mas cada um de uma espécie distinta. Outros no Beagle, incluindo o capitão FitzRoy, também tinham apanhado estes pássaros mas foram mais cuidadosos com suas anotações, o que permitiu a Darwin determinar de que ilha cada espécie era originária.
Em Londres, Darwin frequentemente ia a jantares de pensadores com o seu irmão Erasmus e em alguns deles estava a escritora Harriet Martineau, cujas histórias promoviam a reforma das leis de protecção social de acordo com as ideias de Malthus. Nos meios científicos da época, ideias como a transformação de uma espécie em outra eram controversamente associadas com radicalismo político. Por isso, Darwin preferia o respeito dos seus amigos mesmo quando não concordava plenamente com as ideias deles, tais como a crença de que a história natural justifica-se religiões.
Em 17 de Fevereiro de 1837, Lyell aproveitou o seu discurso presidencial na Geological Society para apresentar as descobertas de Owen em relação aos fósseis de Darwin, enfatizando as implicações do facto de que espécies extintas encontradas em uma região fossem relacionadas a outras que viviam actualmente na mesma região. Neste mesmo encontro, Darwin foi eleito para o conselho da Geological Society.
Ele já tinha sido convidado por FitzRoy para contribuir com o seu diário e notas pessoais para a secção de história natural do livro que o capitão estava a escrever sobre a viagem do Beagle. Darwin também estava a trabalhar num livro sobre a geologia da América do Sul. Ao mesmo tempo, ele especulava sobre a transmutação de espécies no caderno de anotações que ele tinha iniciado no Beagle.
Na mesma época começa a organizar os relatórios dos vários especialistas que tinham trabalhado com as suas colecções num livro de múltiplos volumes chamado "Zoologia da viagem no H.M.S. Beagle" (Zoology of the Voyage of H.M.S. Beagle). Darwin concluiu-o em 20 de Junho e, já em Julho, iniciava o seu livro secreto sobre transmutação, onde desenvolveu a hipótese de que, apesar de cada ilha das Galápagos ter sua própria espécie de tartarugas, todas elas eram originárias de uma espécie única que se tinha adaptado à vida nas diferentes ilhas de diferentes maneiras.
Darwin adoece devido ao excesso de trabalho, e retira-se para o campo onde permanece por volta de um ano.
Já completamente recuperado, ele volta a Shrewsbury.
Darwin considerou o raciocínio de Malthus de que a população humana aumenta mais rapidamente que a produção de alimentos, levando-a a uma competição e tornando qualquer esforço de caridade inútil. Ele viu naquela ideia uma forma de explicar:
Ø As suas descobertas sobre espécies extintas que se relacionavam mais com outras não extintas encontradas na mesma região;
Ø As semelhanças entre espécies próximas umas das outras,
Ø As suas dúvidas derivadas da criação de animais
Ø A sua incerteza quanto a existência de uma "lei de harmonia" na natureza.
No fim de Novembro de 1838, ele começou a comparar o processo de selecção de características feito por criadores de animais com uma natureza Malthusiana seleccionando variantes aleatoriamente de forma que "toda a parte de uma nova característica adquirida é colocada em prática e aperfeiçoada", e pensou nisto como "a mais bela parte da minha teoria" de como novas espécies se originam. Em 24 de Janeiro de 1839, Darwin foi eleito membro da Royal Society e apresentou seu artigo sobre as "estradas" de Glen Roy.
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