于植物学，他又在大学念完了植物学夏季讲习斑。他对植物学的酷爱得到了植物学教科书作者约·托列依的支持。一八三四年，爱沙·葛雷出版了《北美的禾本科和沙草科》一书。由于这本书，他开始同一些欧洲学者通信。他以教授身份到了欧洲，观看了欧洲的植物园和收集品，并同著名的植物学家建立了私人关系。
一八三八年，他访问了英国。值得指出的是，对推广达尔文主义有功的爱沙·葛雷是一个笃信宗教的人。在格拉斯哥，他受到当时住在那里的虎克的父亲和他的儿子亲切的接待，并研究了植物标本集。在伦敦，他结识了罗伯特·布朗、达尔文、奥温、植物学家林德雷和其他许多博物学家。他从英国到了大陆，在这里，他访问了欧洲所有著名的植物学家。他还结识了施列登，并了解了使施列登得出细胞学理论的有关细胞的一些想法。
爱沙·葛雷刚刚返回美国，就被聘为旧哈佛大学的植物学教授，他在该校讲课出了名，因为他努力钻研他所讲的课程，而且这些课程内容新颖、丰富。他很容易地成了美国植物学家这一派的首领。达尔文也同这个精力充沛的植物学家开始通信。信是达尔文主动先写的。他在第一封信里请爱沙·葛雷帮点小忙。达尔文告诉葛雷说，他从事研究生物的变异已经好几年了。他已经对动物得出了一些结论，并且作为一个非植物学家想从专家那里得知，这些结论是否可以适用于植物。此外，有关美国高山植物的材料也使达尔文感兴趣。
达尔文向来对提出这样的请求总是一再表示各种各样的歉意。
爱沙·葛雷非常乐意地答复了达尔文所提出的要求。除了写信和邮寄美国高山植物统计表外，他还把自己的新版植物学课本寄给了达尔文。达尔文当时正致力于地理分布和类型的种属关系问题的研究，他希望爱沙·葛雷在课本再版时，能在他的美国植物统计表里指出，哪些植物是当地的，哪些植物是从欧洲移植进来的，还要指出这些植物的产地在哪里。
这一时期使达尔文感兴趣的问题，当然是同物种一书的准备有关系的问题。他向爱沙·葛雷询问某一科植物的物种占美国植物区系物种的总数的比例。他感兴趣的还有各种植物区系“相近的”物种，他请葛雷为他指出这样的物种，哪怕是在旧的校样里指出也行。达尔文给他写道：“我对于一些相近的物种所下的定义是：这是一些可以认为是不同‘物种’的生物，但也可以认为是任何其他优秀的植物学家可能把它们看成亚种或变种；还可以认为它们是与任何其他物种难以区别的一些生物。”
爱沙·葛雷由于受到达尔文询问的影响，撰写和刊出了一篇《北美合众国植物区系的统计》，达尔文在收到这篇论文后，对爱沙·葛雷所作的关于大属的物种总是有着广泛的分布范围的结论非常高兴。这个结论同达尔文从分析其他植物区系所得的结论以及他的理论观点是一致的。
但是，爱沙·葛雷关于联结高山植物的那条线是通过格陵兰的论点，同达尔文的理论却相矛盾。这使他感到不安。他总是努力做到理论不脱离事实，所以北美另一个有威望的学者亚格西的过于自信，他并不赞成。他给爱沙·葛雷写道：“赖尔告诉我说，建立关于爬虫纲最初是什么时候被创造出来的理论的那位亚格西，当听到同他这一学说相反的一些审慎的观察时，兴奋地说，他还没有考虑这一点，因为‘大自然从不说谎’。我的处境也正是这样，而且要您向重复一遍：
‘大自然从不说谎’也就是说，从事理论的人永远是对的……”
后来，达尔文问葛雷，他是否认为，植物学家们在他们的植物统计表里，会不加区别地把变种列举出来，而不管它们是否存在于大属或小属里，或者他们更倾向于只是在这些情况中的某一种情况下把变种列举出来。
这几年达尔文的健康状况是不稳定的。有几次，水疗暂时使他精神振作起来，感到非常轻松。例如一八五七年，他从慕尔公园水疗机关写信谈了关于水疗的“良好的作用”。我能够象一个虔诚的基督教徒一样转圈子和进食，甚至睡眠也好起来了”。他说，水疗“能使一个人的头脑非常出色地停止活动”。
看来，与数学计算有关的著作，使他大伤脑筋。一八五八年三月，他给虎克写信道：“今晨，我的工作进展得很不好，并且感到沉闷。天哪，我是多么仇恨物种和变种啊！”有一次，他在计算变种时，同博物学家拉卜克（他同一庄园的邻居）畅谈起来，拉卜克提出了他在计算上的一个大错误。两三个星期的工作看来是不大愉快的。尽管他因此感到失望（“我是全英国最不幸的、最忧郁的、最平凡的一个动物；由于对自己的盲目和幻想感到烦恼而痛哭了一场”），但他马上又坐下来重新进行计算。他给虎克写道：“只要我没有再次审查完这些书，并且没有看到根据正确原则计算的结果，我就要坐下来，一动也不动”，可是他衷心感谢拉卜克，因为拉卜克使他避免犯错误。
坚持不懈地工作，使他的健康状况恶化了，必须再次进行治疗。一八五八年四月，他从慕尔公园写信给赖尔说，他又到这里进行两个星期的治疗，他同赖尔交谈了许多地质方面的问题，并在结尾时突然写道：“可我不想再写下去了，因为我到这里来的任务是不思考任何事情，而是多散步，多吃饭，并且还要多读小说。”
的确，他尽量利用这个时间来休息。他从慕尔公园给妻子写信道：“昨天我在林间小路那边作了一个半小时的散步，得到了充分的享受。但是，雄伟壮观的松树上新鲜的深绿树叶，老白桦树上的深棕柔荑花以及白色树干，还有落叶松的茂密柔软而清秀的绿叶，构成了一幅极美好的景色。最后，我熟睡在草地上，后来被我周围响起的一阵鸟声所惊醒，松鼠在树上爬来爬去，两只啄木鸟发出笑声，这是我曾经见过的最令人愉快的一幅乡村景色；于是我丝毫也不考虑鸟兽是怎样形成的这些问题了……”
早在一八五六年初，赖尔就建议达尔文尽可能完整地阐述自己的进化观点，因此达尔文也就马上开始写他的物种一书。但这并不是众所周知的《物种起源》。该书本来要更加详细，它的篇幅要比原来的多二、三倍。但赖尔建议在准备这部内容丰富的书时，立刻发表他的观点和概要，以便抢先取得理论上的优先权。达尔文认为这是不可能的；他的学说是由许多论点组成的，而每个论点都需要用事实来证明，忽视这些证明，在他看来是不可思议的。他不同意赖尔的意见：“我很痛恨为了取得优先权而从事写作的这种想法，当然，如果有人先于我发表了我的理论观点，我也会感到懊恼的”。
赖尔的建议使达尔文举棋不定，烦躁不安。显然，赖尔列举有利于这个初步概要的论据是很有说服力的，但是，在几乎没有任何证明的情况下写一个教条式的理论概要，这同他的信念和习惯是相矛盾的，这使他感到很不痛快。他把自己的动摇和不安告诉了一贯对他很热情的朋友虎克。他想起了父亲的话，在他所处的那种精神状态下，需要向别人征求意见。他父亲说过：“好的劝告会带来很大的好处，而坏的劝告很容易使人走上邪道”。达尔文在给虎克的信的末尾写道：“唉，如果有谁这样做（即没有证据来充实就出版一个纯理论概要），我想我会嘲笑他的，而我唯一的安慰就是在赖尔建议以前，我的确从未想到过这件事，而且看来，我经过仔细考虑以后，这是明智的（即不出版这样的概要）”。
虎克的回信使他不够满意，他把他有利于写这样的概要的论据综合成这样：“事实可以证明一切，因此……都是多余的，您的这一观点是令人不愉快的，但我希望它是一个不很正确的观点”。
最后，经过了一番痛苦的动摇，写作所需要的概要意图也遭到了失败，他只好按老计划办：即使要花费很多时间，他也要写一部有详细和充分的证据的关于物种的巨著。这部著作一直持续到一八五八年六月，赖尔认为有人会抢在达尔文的前面的这一预见应验了：航海家和动物标本搜集家华莱士，把自己的手稿恰恰寄给达尔文，这部手稿发展了这一理论……而在最近这两年，达尔文已经写完了十章，即打算要写的书的一半左右。
华莱士一八二三年生于布里斯特耳运河附近小城镇埃斯克的一个贫苦家庭里，这座小城镇位于达尔文的故乡施鲁斯伯里以南七十五海里外，他从十四岁起就不得不为自己的衣食操劳。他在铁路工地上，有时做土地测量员，有时做承包人，有时做国民学校教师。他阅读了植物学方面的书，并迷上了这些书，从十八岁起便开始做植物标本。他在累斯特学校任教师后，同另一个年轻教师亨利·贝兹过从甚密，这位教师对自然科学和游览也很感兴趣，并且使自己的这位新友爱上甲虫的搜集。
达尔文的《一个博物学家的航行日记》，也是这位年轻的博物学家爱读的一本书。正如华莱士给贝兹的信中写的那样，他喜欢这本书的一切内容：无论是叙述的内容也好，还是叙述本身那种“没有任何累赘、没有装腔作势和利己主义”的风格。他还阅读了《创造的痕迹》，物种起源问题也使他感兴趣。他也熟知赖尔的著作。但是，读了达尔文的《航海日记》和对洪保德旅行的描写，他强烈向往能亲自看看热带的大自然。
他同贝兹一起，开始幻想去巴西的亚马逊河搜集昆虫、植物、鸟类以及其它东西的标本。他们积蓄了些钱，于一八四八年乘帆船出发到巴西去，在这里开始了从亚马逊河河口到里奥内格罗河汇流点的游览，并在一起工作了两年。当时在英国可以毫不费劲地销售一些国外的蝴碟和鸟类的搜集品。两位朋友把搜集品卖给一个经纪人，该人把这些搜集品运往英国，而他们用卖得的钱继续旅行。后来，两位朋友分了手。贝兹沿亚马逊河上游旅行，而华莱士则沿着亚马逊河的大支流里奥内格罗河的上游游览。
华莱士和贝兹把自己的旅行不只是看作谋生的手段。他们对调查热带自然的兴趣是完全出自内心的。华莱士在当时给贝兹的一封信中写道：“我很想得到并详细研究任何一个科，主要是从货种起源的角度进行研究”。华莱士同九个当地的向导沿着里奥内格罗河溯河而上，而后顺着里奥内格罗河的支流沃佩斯河来到了哥伦比亚。他沿着亚马逊河河谷往上游走比任何英国人都走得远，一直走到亚马逊河的河谷所在地。他甚至还看到了没有开化的野人。沿着亚马逊河河谷及其支流旅行四年以后，他决定带着丰富的搜集品回国。他打算把部分搜集品卖掉，而把其余的当作美洲各种动植物机体具有科学意义的搜集品展览出来。不幸的是，华莱士所乘的那艘返回英国的船失了火，把他的全部搜集品，素描画和珍贵的旅行日记都烧了。船上的人员和旅客，包括华莱士在内，都被救上小艇，并在大洋里漂泊七百海里，直到迎面来的船把他们收留，然后送回英国为止。
然而这些挫折并没有使华莱士屈服。在对他抱着同情的赫胥黎教授的帮助下，他顺利地得到另一次去马来群岛作长途旅行的政府津贴，华莱士在一八五四年从英国启程前往该岛。他在那里度过了八年时光，把大量的搜集品运往英国。他走遍了全岛，对大自然进行了多年的考察，这既为他很好地描写马来群岛的博物学（“马来群岛，一个拥有猩猩和极乐鸟的地方”）提供了材料，又为他的其它一系列著作（其中最著名的是两卷本的《动物的地理分布》）提供了材料。
当华莱士还在马来群岛工作对，就同达尔文有过信件关往，这是由华莱士在伦敦一家博物学杂志上发表的一编文章引起的。关于这编文章，虽然人们不大知道，但是，它是值得注意的，因为它说明了所谓达尔文“同华莱士的事件”的真相。这篇文章叫作《控制新物种出现的规律》，并于一八五五年在《博物学年鉴和杂志》上发表了。
文章所涉及的问题非常接近达尔文当时也在进行研究的问题。华莱士试图解决物种是从哪里以及怎样产生的问题。华莱士根据自己当时已有的丰富的个人经验和文献史料（其中占显著地位的是达尔文的《航海日记》得出结论：同种的大批动物居住在同一个地方或邻近的地方，也就是“相近性是同地理分布密切相连的”。他在古生生物方面也得出结论：同