Darwin đã vạch ra trong đầu mình các điểm chính của học thuyết về sự hình thành rạn vòng trước cả khi con tàu Beagle cập bến quần đảo Galápagos ngày 7 tháng 9 năm 1835. Mặc dù không còn ủng hộ quan điểm cho rằng rạn vòng hình thành trên các miệng núi lửa ngầm nhưng Darwin vẫn ghi chép lại một số chi tiết ủng hộ cho ý tưởng này, trong đó điểm đáng chú ý là 16 miệng núi lửa tại vùng này tương đồng với các rạn vòng ở chỗ chúng hơi nhô cao hơn ở một phía.

Lần đầu Darwin nhìn thoáng thấy rạn san hô vòng là khi tàu Beagle đi qua đảo Honden vào ngày 9 tháng 11 và luồn qua các đảo trong quần đảo Dangerous (tức quần đảo Tuamotu).[12] Khi tới Tahiti vào ngày 15 tháng 11 cùng năm, ông mô tả hòn đảo được "bảo quanh bởi một rạn san hô bị ngăn cách với bờ đảo bởi các luồng lạch và lưu vực nước lặng".[13] Ông trèo lên các ngọn đồi trên đảo Tahiti và ấn tượng sâu sắc khi phóng tầm mắt về phía đảo Moorea, nơi mà "các ngọn núi nhô lên đột ngột từ một hồ nước trong vắt bị ngăn cách ở mọi phía bởi các các dòng sóng vỡ hẹp và định hình rõ từ đại dương." Thay vì chỉ chép lại các phát hiện về rạn san hô trong phần ghi chú về hòn đảo thì Darwin đã viết tường tận thành bản sơ thảo đầu tiên cho lý thuyết của mình dưới dạng một tiểu luận mang nhan đề Coral Islands. Trong mô tả của ông, các polyp tạo san hô trên các bức tường chắn [rạn chắn] và phát triển mạnh mẽ tại vùng sóng vỡ ở mặt có gió của rạn. Ngoài ra, ông còn suy xét các lý do vì sao mà san hô trong vùng vụng biển (đầm nước) không phát triển cao được. Kết lại bài luận, ông cho rằng sự nâng lên của phần lớn đại lục Nam Mỹ (và Bắc Mỹ) cần được bù trừ bởi sự lún xuống tương ứng ở những vùng khác của thế giới.[14][15]

Quần đảo Keeling

Bản chỉ thị của Bộ Hải quân Anh dành cho FitzRoy có đề cập chi tiết đến các yêu cầu khảo sát địa chất đối với rạn san hô vòng nhằm nghiên cứu xem bằng cách nào mà rạn san hô đã hình thành nên, đặc biệt là liệu chúng nhô lên từ đáy biển hay nhô lên từ đỉnh của các ngọn núi lửa đã ngừng hoạt động, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của thuỷ triều thông qua đo lường bằng các máy đo đặc biệt.[6] Để thực thi nhiệm vụ này, thuyền trưởng FitzRoy quyết định chọn quần đảo Cocos (Keeling) nằm trong Ấn Độ Dương. Ngày 1 tháng 4 năm 1836, cả đoàn đến nơi và đầu tiên bắt tay vào việc lắp một máy đo thuỷ triều kiểu mới - do FitzRoy thiết kế - cho phép xem số liệu từ bờ đảo. Tàu thuyền toả ra khắp nơi để tiến hành khảo sát, đo độ sâu rạn vòng và vụng biển mặc cho bị ngăn trở bởi những cơn gió mạnh. FitzRoy nhận thấy mặt ngoài của rạn vòng bằng phẳng và cứng như đá, đồng thời thấy rằng đa phần sinh vật lại phát triển mạnh tại sóng biển dữ dội nhất. Tuy nhiên, đoàn nghiên cứu vấp phải khó khăn lớn khi xác định độ sâu vùng san hô sinh sống do các mảnh rạn san hô rất khó bị phá vỡ trong khi mỏ neo, neo móc và dây xích mà họ thả xuống và cố kéo lên đều bị sóng biển giật đứt. FitzRoy thành công hơn khi sử dụng một vật nặng hình chuông làm bằng chì gắn mỡ bò (thể rắn) và trét vôi để làm cứng. Dụng cụ này có mục đích cung cấp cảm nhận chính xác về hình dạng vùng đáy do bề mặt vật nặng sẽ bị lõm khi va vào vật thể nào đó, đồng thời cũng giúp thu thập mảnh san hô hay hạt cát.[16]

Cá nhân FitzRoy tự thực hiện những lần đo độ sâu này, và sau mỗi lần đo thì khối mỡ bò lại được cắt ra và đem lên khoang cho Darwin xem xét.[17] Dấu vết hằn lại trên khối mỡ thể hiện hình dạng của các san hô sống tại sườn dốc mặt ngoài của rạn tính đến độ sâu khoảng 10 sải (18 mét). Càng xuống sâu thì càng ít dấu vết in lên khối mỡ bò, đồng thời có nhiều hạt cát dính lên đó. Đến độ sâu 20-30 sải (36-55 m) thì không còn thấy sự hiện diện nào của san hô sống.[18] Darwin cẩn thận ghi chép lại vị trí của từng loại san hô xung quanh rạn san hô và vụng biển.[19] Ông mô tả trong nhật ký bằng những ngôn từ có cánh: "Mặt nước phẳng lặng đến khác thường. Tôi lội xa tận đến chỗ các đồi san hô ngập trong sóng vỡ. Trong các hõm và rãnh nước, có những con cá xinh đẹp màu xanh lục và nhiều màu khác; hình thái và sắc thái của nhiều loài động vật hình cây thật là tuyệt vời. Có thể thứ lỗi cho niềm say mê đối với vô số sự sống hữu cơ mà biển cả miền nhiệt đới hào phóng ban tặng", dù rằng chính ông lại là một người phản đối việc sử dụng "ngôn từ hoa mỹ" như cách mà một số nhà tự nhiên học vẫn làm.[20]

Mười một ngày sau đó, cả đoàn rời khỏi quần đảo. Darwin viết tóm tắt giả thuyết của mình trong nhật kí:

Xuyên suốt cả nhóm đảo, mọi nguyên tử đơn lẻ, ngay cả từ một mẩu vụn cho đến một mảnh đá lớn, đều mang dấu tích của một lần gắn liền với sức mạnh của sự sắp đặt hữu cơ. Từ khoảng cách chỉ hơn 1 dặm từ bờ đảo, thuyền trưởng FitzRoy đã tìm thấy một đường dài 7.200 foot mà khi đo độ sâu thì không thấy đáy. Vì vậy chúng tôi buộc phải xem đảo này là đỉnh của một ngọn núi cao ngất; còn công trình do san hô tạo thành dày bao nhiêu hay sâu bao nhiêu thì vẫn chưa biết chắc...Với quan điểm đó, chúng tôi buộc lòng phải xem hòn đảo [ý nói rạn vòng] có đầm nước này là một tượng đài do vô số các kiến trúc sư tí hon nâng lên để đánh dấu nơi mà một vùng đất cũ đã bị chôn vùi xuống đại dương.[21]