En 1859, Charles Darwin, naturaliste anglais, publie De l'origine des espèces. Il y reprend les idées de Lamarck tout en les critiquant et en les modifiant. Darwin ajoute surtout une foule de preuves en faveur de l'idée d'évolution (par transformation graduelle) et propose pour la première fois le mécanisme de la sélection naturelle ; mais il n'y remet pas en cause l'idée de l'hérédité des caractères acquis, citant même dans L'Origine des espèces les « effets cumulatifs du dressage » sur une lignée de chiens pointers.
Darwin propose d'ailleurs un modèle pour la transmission des caractères acquis sous le nom « d’hypothèse de la pangenèse » dans Les variations des animaux et des plantes sous l’effet de la domestication (1868). Son modèle ressemble à celui qu’avait proposé Maupertuis dans sa Vénus physique (1745) et son Système de la Nature, hormis l’utilisation de la récente théorie cellulaire ; sans reconnaître pour autant l’origine de ses idées. Darwin introduit aussi l'idée d'une sélection sexuelle qui permet notamment d'expliquer les cas étonnant de dimorphisme sexuel comme les couleurs chatoyantes des mâles dans certaines espèces. Enfin, Darwin insiste sur le fait que l'espèce humaine est elle aussi le produit de l'évolution par sélection naturelle et sexuelle dans son ouvrage La Descendance de l'homme et la sélection sexuelle.