tháng 12 năm 1835, một năm trước khi trở về Anh, những bức thư của Darwin được thầy của mình là Henslow giới thiệu cho cộng đồng những nhà tự nhiên học. Ông nhanh chóng nổi tiếng. Darwin về đến Anh ngày 2 tháng 10 năm 1836. Ông ghé thăm nhà ở Shrewbury để gặp họ hàng của mình, sau đó nhanh chóng đến Cambridge gặp thầy Henslow. Ông gợi ý Darwin tìm những nhà tự nhiên học để phân loại các mẫu sưu tập, chính ông cũng nhận phân loại những mẫu thực vật. Cha của Darwin tài trợ để ông nghiên cứu như nhà khoa học độc lập. Darwin phấn khích tìm khắp các viện nghiên cứu ở Luân Đôn các chuyên gia để phân loại mẫu vật.

Charles Lyell háo hức đến gặp Darwin lần đầu ngày 29 tháng mười. Ông giới thiệu với Darwin nhà giải phẫu Richard Owen, người đang trên đường đến Luân Đôn. Trường Cao đẳng Giải phẫu Hoàng gia (Royal College of Surgeons) nơi Owen nghiên cứu có trang thiết bị để phân tích những mẫu xương hóa thạch Darwin đã thu thập. Owen bất ngờ khi thấy những con lười (sloth) tuyệt chủng, một bộ xương gần hoàn chỉnh (của loài Scelidotherium, lúc bây giờ chưa biết tới), một hộp sọ giống loài gặm nhấm có kích thước sọ hà mã trông như của một con lợn nước (capybara) khổng lồ (của loài Toxodon). Có nhiều mãnh giáp của loài Glyptodon. Những loài bị tuyệt chủng này có mối liên hệ gần gũi với những loài sống ở Nam châu Mỹ.

Darwin đến ở Cambridge vào giữa tháng 12 để sắp xếp công việc và biên tập lại nhật ký hành trình. Ông viết báo cáo khoa học đầu tiên nói về những vùng đất rộng lớn ở Nam Mỹ đang dần trồi lên. Lyell nhiệt thành giúp đỡ ông trình bày trước Hội Địa lý ở Luân Đôn ngày 4 tháng 1 năm 1837. Cũng ngày hôm đó, ông trình bày những mẫu vật động vật hữu nhũ và chim cho Hội Động vật Học. Nhà cầm học (ornithologist) [[John Gould nhận thấy những con chim mà Darwin đã lầm tưởng là những quạ, chim yến hồng, chim mỏ to thực ra là mười hai loài chim sẻ khác nhau. Ngày 17 tháng hai Darwin được bầu làm thành viên Hội Địa lý, nơi mà Lyell đang nắm chức chủ tịch. Lyell giới thiệu những phát hiện của Owen về những hóa thạch Darwin sưu tầm. Ông nhấn mạnh rằng sự thay đổi dần dần của các loài trải qua các vùng địa lý cũng cố cho ý tưởng của ông về thống nhất.

Đầu tháng ba, Darwin chuyển đến Luân Đôn để tiện cho công việc. Ông tham gia cộng đồng các nhà khoa học và savants của Lyell. Ông gặp được Charles Babbage, người mô tả Chúa là người lập trình cho các định luật. Lá thư của John Herschel về "bí ẩn của những bí ẩn" của các loài mới hình thành được bàn luận rộng rãi.

Đến giữa tháng 7 năm 1837 Darwin bắt tay viết Sự Biến Đổi của các Loài. Trên trang 36 của cuốn vở tựa là "B" này ông viết "Tôi nghĩ" bên trên cây tiến hóa. Trong lần gặp đầu tiên để trao đổi chi tiết những phát hiện của mình, Gould nói với Darwin những con chim nhại Galápagos trên các hòn đảo là những loài độc lập chứ không chỉ là các biến thể của nhau. Ngoài ra, những con chim hồng tước (wren) thuộc vào họ chim sẽ (finch). Hai con đà điểu cũng thuộc các loài khác nhau. Ngày 14 tháng ba Darwin thông báo rằng sự phân bố của chúng thay đổi đi về phía nam.

Giữa tháng ba Darwin đưa ra giả định là có khả năng "một loài biến đổi thành loài khác" để giải thích sự phân bố theo địa lý của các loài đang sống như đà điểu và các loài đã tuyệt chủng như Macrauchenia (trông như con guanaco khổng lồ). Ông phác họa một nhánh dòng dõi, và sau đó là một nhánh di truyền của một cây tiến hóa đơn lẻ. Với cây tiến hóa này thì "Thật vô nghĩa khi nói một loài vật tiến bộ hơn loài khác", và như vậy là bác bỏ giả thuyết tiến triển tuyến tính độc lập từ dạng này sang dạng khác tiến bộ hơn của Lamarck.