ייחודם של איי גלפגוס הוא באוכלוסיות בעלי החיים שהסתגלו, פיזיולוגית ואקולוגית, לתנאי החיים המקומיים. כל אוכלוסייה התפתחה ממתיישבים בודדים, שהגיעו לאיים באקראי מחופי אמריקה. יש שנסחפו על ידי רוחות וסופות, ויש שהגיעו בציפה על עץ שנגדע בסערה ונגרף בים. רק לאלה שעמדו במסע ארוך, בתנאים קשים ביותר של שמש קופחת מעל ומים מלוחים מתחת, ניתנה ההזדמנות להתיישב באיים ולנסות לשרוד. זוהי הסיבה שאין בגלפגוס צפרדעים ודו חיים אחרים, אף על פי שקבוצה זו מיוצגת בעושר רב בפאונה של אמריקה הטרופית, ולעומתם בולטים בנוכחותם הזוחלים, שרבים מהם עומדים בתנאי חום ויובש. יד  המקרה קובעת אילו בעלי חיים וצמחים מגיעים לאיים וולקניים ומתיישבים בהם בהצלחה, ורק במקרה לא הגיעו טורפים לגלפגוס.

איים כמעבדות אבולוציוניות
תהליכים אבולוציוניים מתרחשים כל הזמן ובכל מקום. אבל בקבוצת איים, או ארכיפֶלָג, הם מתרחשים ביתר עוצמה. כאשר בעל חיים מגיע לאי מבודד, הוא נושא עימו רק חלק קטן ממאגר הגנים של האוכלוסייה שממנה הוא בא. מעתה והלאה, אם יצליח להתרבות, יתחילו כל צאצאיו את דרכם עם המטען הגנטי הזה ועימו יהיה עליהם להסתדר. התנאים האקולוגיים במקום החדש מציבים בפני המתיישבים דרישות חדשות, ורק בעלי התכונות המתאימות להן ישרדו. על פי משנת דרווין, לא כל הפרטים באוכלוסייה זהים, ובמגוון הרב שבאוכלוסייה יש תמיד פרטים המותאמים לסביבתם יותר מאחרים, שסיכוייהם לשרוד ולהתרבות גבוהים יותר.

תהליך הברירה הטבעית הוא תהליך של השבחה, לעתים במחיר מאוד כבד – אובדן מתמיד של הפרטים המתאימים פחות לחיים בסביבה נתונה. אט אט מצטברים באוכלוסייה הבדלים גנטיים, ההופכים אותה לשונה מאוכלוסיית האם. הבידוד הגיאוגרפי מונע מאותם חידושים גנטיים להיטמע באוכלוסייה הכללית. כך נוצר בהדרגה מין חדש.

במיוחד התפעל דרווין מכך שבעלי החיים שפגש על האיים לא ידעו פחד מהו. דרווין הסיק מכך, ובצדק, שהוא הגיע לבית גידול נטול טורפים מקבוצת היונקים. בעלי החיים בגלפגוס התנהלו, למראית עין, ברוגע, והדבר אִפשר למבקר לגעת בהם ממש. אפילו היום אפשר לפסוע שם על שביל, והציפור שעליו לא תטרח לזוז ולפנות את הדרך.

מדוע אין טורפים בגלפגוס? כיצד נוצרו המינים של האיים הסלעיים? כדי לענות על השאלות האלו יש לנסוע הרחק אחורה בזמן. אך לפני כן, כמה מלים על האיים עצמם. איי גלפגוס, או בשמם הרשמי, ארכיפֵלַגוֹ דה קוֹלוֹן (Colon Archipélago de), נמצאים באיזור המשווני, במזרח האוקיינוס השקט, כאלף קילומטרים מערבית לאקוודור. האי הגדול ביותר הוא איזבלה (Isabela), ששטחו 4,588 קילומטרים רבועים. מלבדו יש עוד ארבעה איים גדולים, ששטחם עולה על 500 קילומטרים רבועים, ארבעה איים בינוניים, עשרה קטנים, ומספר גדול של איונים וסלעים הפורצים מהים.

איי גלפגוס נמצאים באחד האזורים הוולקניים הפעילים ביותר בעולם בשל קרבתו לנקודת המפגש שבין שלושה לוחות טקטוניים. הם יושבים על לוח נַסְקָה ונעים עימו לכיוון דרום־מזרח כשבעה סנטימטרים בשנה. אספניולה (Española), למשל, האי הוותיק ביותר בארכיפלג, נמצא היום כ־350 קילומטר מהמקום שבו נוצר. בתנועתו עובר לוח נסקה מעל לנקודה לוהטת (hot spot), שמיקומה בקליפת כדור הארץ קבוע, והיא מוקד להתפרצויות געשיות חוזרות ונשנות וליצירת איים.

ההתפרצויות יצרו בתחילה הרים תת ימיים, שגבהו מהתפרצות להתפרצות, עד שבצבצו מהמים. גילם של האיים שנוצרו באופן זה נע מחמישה מיליון שנים לחצי מיליון. הגורם העיקרי המשפיע על האקלים ועל האקולוגיה באיי גלפגוס הוא זרמי הים. לכאן מגיעים זרמים קרים, עשירים בחומרי מזון, מדרום־מזרח (זרם הוּמְבּוֹלְדְט), ממזרח (הזרם המשווני הדרומי) וממערב (זרם קרוֹמְוֶול). הם עולים ממעמקים וגורמים לפריחה אדירה של פלנקטון ובעקבותיו של רשת המזון האוקיאנית.

תופעה זו, של זרימה כלפי מעלה (upwelling), מוכרת גם מחופי פרו וממפרץ פנמה, שם נמצאים שדות דיג מהעשירים בעולם. חלק גדול מהפַאוּנָה (ממלכת החי) של גלפגוס ניזון על הים ולא היה מתקיים ללא הזרימה הזו. ראיה לכך היא ששינוי בזרמים (תופעת "אל נינְיוֹ") גורם לתמותה אדירה של בעלי חיים מרעב.