1. 欠缺「過渡物種形式」
達爾文指出，他的理論有個嚴重問題，無論我們觀察哪裡的古生物學紀錄，我們會發現，每一個化石都是明顯可識別的物種。當一種生命形式演變為另一種時，所有那些顯示過渡階段的化石在哪裡？正如他本人在第十章中指出的：「對這個理論可以提出的最明顯和最嚴重的反對論點，是欠缺從一個特定物種演化到另一個物種時的過渡形式。為什麼每種地質構造和每個地質層裡並未塞滿這種過
渡物種形式的化石呢？」達爾文的答案很簡單：「我認為，正確的解釋是，因為地質紀錄是極度不完美的。」換句話說，他的辯解是當我們發現更多化石之後，就能發現這些過渡的物種形式。
2. 演化上的躍進
達爾文說，他理論中的另一個可能缺陷來自於故事中的部分事件，例如開花植物的出現，演化在此似乎突然發生急劇的躍進。他特別提到一些複雜器官的出現，這些器官的每個部分，都需要與器官的其餘部分相互依存運作，使器官發揮功能。這一點怎麼可能透過僅僅是無限多的小變化的積累來實現呢？達爾文意識到這個問題非常嚴重，以至於他在第六章中寫道：「如果能證明任何一個複雜的器官是完全不可能通過無數次連續微小的修正而形成的，那我的理論將徹底瓦解。」但他唯一的回答是：「我找不出這種情況。這世上無疑有許多種器官我們還沒有找到發展的紀錄。」換句話說，他又回到他對於第一個問題的回答。也就是說到目前為止，化石紀錄還不完整。當我們發現更多化石時，這個質疑就會獲得解決。
3. 複眼作為特例
達爾文的下一個質疑是，關於相同問題更具體的實例：他的理論該如何解釋寒武紀初期，在最早的三葉蟲和許多其他脊椎動物中，突然出現極度複雜、精密的複眼？
對此他再次坦承問題的嚴重性，承認：「要說複眼這種獨一無二的精密設計......是由自然天擇所形成的。我可以非常坦白地說，荒謬到了極點。」但這次他的回答更加心口不一。他繼續詳細描述了從最簡單到最複雜的各種不同形式的視覺器官，但最後結論卻僅僅是他片面的斷言，他聲稱：「當我們考慮到現在所有的生物形式與那些已經絕種的生物形式相比，數量是如此相對的少......去相信透過天擇可以將簡單的視神經......轉變成任何有節生物（Articulate Class）的視覺構造，便不是那麼困難了。」
換句話說，達爾文甚至連試都沒試著解說化石紀錄中複眼如此突然出現的過程—複眼那時已具有所有複雜的相互依存組成部分—而只是向我們保證說：
我們應該沒有很大的困難去相信天擇是可以引致這樣的演化的。他沒提供任何證據解釋這是怎麼發生的，就像他對其他問題的答案一樣，他再次要求我們把這當成信仰般相信，就像他對自己的主張所做的那樣。在假設的未來裡，當足夠多的新化石出現，這些化石最終將呈現出那些難以捉摸的「過渡物種形式」而證明他的理論是對的。
