在22岁时，达尔文以博物学专家的身份，自费登上“贝格尔”号旅行船，开始了漫长而又艰苦的环球考察活动，进行了五年的漫长的自然探索生涯。
“贝格尔”号以每小时13～15千米的速度飞速前进。达尔文算是平安地度过了第一个晚上。他同斯托克斯合住一个船舱，尽管光线很充足，除了舰长室外，可以说是最好的一个船舱了，但最大的缺点就是十分狭窄。绘图桌旁的那个狭窄过道是他工作、穿衣和睡觉的唯一的地方。那是刚够转身的一点空间。斯托克斯在这张绘图桌的另一端绘图。达尔文的吊床就在绘图桌的上面，另一端的上面是斯托克斯的吊床。
第二天，天气骤然起了变化，海面上惊涛骇浪。在这种情况下，从未出过海的达尔文开始经受折磨与考验了。“扑通”一个浪头打来，船在波涛中一上一下地颠簸着。
达尔文头晕得厉害，吃下去的东西全吐了出来，胃痛得像被撕破了一样。
好心的水兵劝他躺下休息，可是达尔文拿了一张网，一步一摇地走到甲板上，把它挂在船尾下面，收集大海里的小动物。船前行了一段时间，网兜里满了。虽然这对于甲板的卫生是十分不利的，但是达尔文还是把所有这些小动物拖到甲板上来。
因此，这些海里的小动物使负责管理船的清洁和美观的韦尔姆上尉大为不满。他气恼地对达尔文说：“如果我是舰长的话，那我早就把你和你那堆使人讨厌的‘垃圾’一起扔到海里去了。”只有像达尔文这样的博物学家，才会把这些玩意儿看做宝贝，用心观察、分析和研究。为了不给他人带来不便，达尔文花了一整天来清理自己的捕获物。他在船里把这些动物制成标本，并用文字记录下来。他的头实在痛极了，只能一面写，一面用左手使劲按着自己的头部。
达尔文初次出海，因此晕船带来的呕吐是很难忍受的。但是，达尔文还是以惊人的毅力，爬到桅顶，抓了一大把粘在风向旗旗布上的熔岩灰，然后径直往他的工作室跑去了。
当舰长走进达尔文工作室的时候，只见他正在用显微镜仔细观察熔岩灰，嘴里不住地说道：“你来看啊，有许多小动物呢！是南美洲吹来的……”与此同时，达尔文的一只手还在紧紧地按住头部。
当他们经过马德拉群岛时，达尔文甚至不能登上甲板去看一眼这个群岛。每当晕船特厉害的时候，达尔文要么躺在吊床上，阅读洪保德和其他旅行家描写热带自然风光的书；要么躺在舰长室的沙发上，同费茨罗伊舰长谈话，以此来转移注意力。整整一周过去了，达尔文受到的晕船带来的折磨终于消失了。
几天以后，当“贝格尔”号驶近特内里费岛时，在浓云上空显露出来的白色山巅、大海和天气才起了明显的变化，“贝格尔”号向圣克鲁斯镇驶去，这个镇的许多白色小屋子在火山岩的映衬下显现出来。突然，从圣克鲁斯驶来一只小船，小船上的一位执政官登上了“贝格尔”号的甲板。他宣布，现在欧洲有霍乱，“贝格尔”号必须进行十二天隔离，在此之前，任何人都不准上岸。
听到这个消息之后，没有一个人不感到沮丧。因为这就意味着船上的所有人要无所事事地度过12天，这并不符合费茨罗伊舰长的性格，他马上下令张帆，向佛得角群岛驶去。
这使达尔文大失所望。就是到了第二天，达尔文还以恋恋不舍的目光送别他极其向往的目标——那历历在目的特内里费峰。不过使他快慰的是，天气变得晴朗平和了，热带的夜晚美丽无比，晕船之苦也没有再来缠绕他了。
去美洲的路途上，其他剩余路途是在风平浪静的海面上度过的。关怀备至的亨斯洛，曾建议达尔文在旅行中带上当时刚刚出版的赖尔的《地质学原理》第一卷。因此达尔文并没有闲着，而是安静地打开这本书读了起来。
1832年1月16日，“贝格尔”号在佛得角群岛的一个四周荒芜的圣地亚哥岛停留下来。达尔文担心自己会对洪保德所描述的、他曾经为之赞叹不已的热带风光感到失望。这时，水兵们都考察海水的流向去了。达尔文和费茨罗伊派给他的助手背起背包，手拿地质锤，准备爬到山上去收集岩石标本。他们一上岸，走进长有罗望子、芭蕉树和棕榈树的河谷时，就听到了不熟识的鸟儿在啼鸣，看到了新奇的昆虫围绕着新开的花朵在飞舞。顿时，他感到这是对自己所经受的一切艰难和折磨最好的补偿。
一路上，达尔文把各式各样的石头敲下来放进背包，有黑色的、白色的，还有夹着一束花纹的。一会儿，背包便放满各种各样的石头，背包带深深地勒进达尔文的肉里，浑身上下都被汗水浸透了。
“达尔文先生，这些乱七八糟的石头，到底有什么用啊？”看着吃力向前爬行的达尔文，助手不解地问。
“你看，石头是有层次的，每层石头里有着不同的贝壳和海生动物的遗骨，它能告诉我们不同年代的生物，它们都是有价值的地质资料！”达尔文喘着粗气说道。
助手总算明白了一些，他十分佩服达尔文的钻研精神，赶忙从达尔文身上接过背包，背在自己的肩上，并且还替达尔文收集各种动物化石。
当天夜里，达尔文都要把收集的石块贴上标签，写下收集的经过。因此，搞清楚圣地亚哥岛的地质情况并非那么困难。
在考察过程中，达尔文根据物种的变化，整日思考着一系列问题：自然界的奇花异树、人类万物究竟是怎么产生的？他们为什么会千变万化？彼此之间有什么联系？这些问题在达尔文脑海里越来越深刻，逐渐使他对神创论和物种不变论产生了怀疑。
达尔文把赖尔《地质学原理》的基本思想运用于圣地亚哥的地质考察上后，他认为赖尔的基本思想要比当时流行于美国的灾变论者们的地质学思想更为优越。当时他想，他将对他所要访问的各国地质情况都加以分类整理，并将其整理为一本书。这个想法使他高兴得手舞足蹈。
接下来一连三天，达尔文都在这个光秃秃的平原上四处游览。这里到处都布满着一堆堆晒焦的岩石。三天的游览使达尔文得到了极其丰富的收获。他已经被这新颖的热带大自然完全吸引住了，达尔文认为这三天的时间是十分长的，这三天给他留下了很深的印象。
“贝格尔”号走到费尔南多迪诺罗尼亚小岛旁。这是一个火山岛，有一些大约300米高的山。岛上覆盖着一片几乎无法通行的密林，林中各种树木，使达尔文感到十分惊异。轻巧的椰子树是任何一种欧洲树木所不能比拟的；香蕉树和芭蕉树简直同暖房中的完全一样；金合欢和罗望子的蓝色叶子让人吃惊；而那壮丽的柑橘树，无论是用语言描述，还是用画笔彩绘，都不能表达其中之美。温室中的植物具有一种不健康的绿色，而这里的树木则比葡萄牙月桂树的颜色还要深，那美丽姿态却远远超过了月桂树。椰子树、番瓜树、香蕉树、柑橘树都果实累累，而木兰、月桂等却是百花争艳。不过在这里，天气热得很厉害。夜间，达尔文躺在吊床上，觉得就像躺在热气腾腾的澡盆里一样。
1832年2月底，“贝格尔”舰到达巴西的第一站——巴伊亚，达尔文上岸考察。他走遍荒无人烟的热带森林，在好几里之内找不到一个人，这种安静的生活几乎是无法想象的。在森林的某些地方，含羞草像几英寸厚的地毯一样覆盖着地面。达尔文从上面走过去，就留下了一行脚印；这是由于含羞草敏感的小叶闭合以及色彩变化而形成的。他收集了很多漂亮的陆生扁平软体多肠目的化石，并对昆虫进行了大量的研究，经常对其习性进行观察。许多热带大型蝶类引起了达尔文的兴趣。有些蝶类可以双翅张开成平面，在陆地上奔跑，发出很大的噼啪声。由于达尔文对甲虫十分熟悉，所以他毫不费力地发现，里约热内卢附近的甲虫同美国的甲虫不是同一个科。他特别努力地收集这些小的品种，他认为，巴西的甲虫在美国昆虫学家的搜集品中，主要都是些大的品种。他还发现了许多直翅目、半翅目和针尾膜翅目的昆虫。有时候，达尔文因为发现一些以前从来没有见到过的昆虫习性而惊讶不已。
达尔文一共用了将近两个星期的时间在巴西内地考察。他回到里约热内卢后，便把自己的东西从“贝格尔”号上运往博托福戈。在靠岸时，海浪从小船的头上冲了过去，此时达尔文的书籍、仪器和其他必需品全都漂了起来。不过，他只是受了点儿惊：虽然大部分东西下面都浸湿了，但什么东西也没有损失。他用了整整一天时间，才把这些东西晒干。他像往常一样花了好几天的时间来整理在巴西内地考察时所采集的东西和补写的日记。
