Na wyspach zajmował się badaniami geologicznymi, ale także badał ich przyrodę. Odkrył przedrzeźniacze, rodzinę ptaków z rzędu wróblowatych, spokrewnione z gatunkiem, który spotkał w Chile. Zaobserwował, że na każdej z wysp archipelagu znacznie różniły się wyglądem. Wysnuł wniosek, że ptaki te miały wspólnego przodka, ale żyjąc w różnych środowiskach, rozwinęły się w różne gatunki(tzw. zięby Darwina).
Z podróży tej Darwin przywiózł do Anglii okazy 186 gatunków, z czego 97 dotąd nieznanych, oraz szczegółowe opisy geologiczne wysp.
Darwin był zafascynowany przyrodą Galapagos, bogactwem jego flory i fauny, ale wbrew legendzie, to nie obserwacja zięb Darwina przyczyniła się do sformułowania teorii ewolucji, ale, jak później przyznał sam Darwin, obserwacja doboru sztucznego wśród gołębi hodowlanych.