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在达尔文的支持者中，华莱士并不是唯一一个认为人类进化需要某种超自然解释的人。在他出版于1863年的著作《人类古老性的地质学证据》中，著名地质学家查尔斯·莱尔整合了古生物学、地质学和人类学的一系列证据，论证了人类与其他灵长类动物拥有共同的祖先。[20] 这部著作使达尔文欣喜不已，但他对书的最后一部分却不怎么买账，因为莱尔在这一部分提出，只有神的干预才能解释人类语言的出现。[21]
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就连华莱士和莱尔这样的盟友也声称自然选择无法解释人类进化的所有方面，这使达尔文感到有必要更清楚地阐明自己的观点。1871年2月，他出版了著作《人类的由来》（The Descent of Man ），这本书采用了与《物种起源》同样有效的论证方法。在这本书中，达尔文提供了解剖学和行为学层面的同源性的例子，以揭示物种具有共同的祖先。他还将某些原始特征进行了比较，以此解释适应性的起源：这些特征曾经承担着不同的功能，但当前的用途已经变得相同。达尔文的结论是，即使是在脑、行为和道德这些领域，人类和其他灵长类动物之间也没有不可逾越的鸿沟。“我的目的，”他写道，“是要表明人类和其他高等动物在心智官能方面没有根本的区别。”[22] 达尔文的意思并不是说猿类和人类是完全相同的，而是说就像其他身体特征一样，不同物种的脑结构是存在延续性的，因此它们在心智上也是如此。
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《人类的由来》出版后不久，达尔文意识到他需要更多进化过程中脑结构变化的详细证据，因此他请朋友和支持者托马斯·赫胥黎（有“达尔文的斗牛犬”之称）为该书的第二版准备一个附录，比较人脑和猿脑的解剖学差异。赫胥黎伸出了援手并得出结论：
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黑猩猩大脑的每一个主要沟回在人脑中都有明确的对应结构，因此适用于黑猩猩大脑的术语也适用于人脑。在这一点上，没有不同意见……那么，关于猿脑和人脑在基本特征上存在相似性这一点，就没有争议了。同样，黑猩猩的大脑和人脑之间如此相似也就不足为怪了。
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虽然人脑和猿脑并不完全相同，但正如达尔文喜欢说的那样，两者的区别在度上，而不在质上。赫胥黎在总结证据时写道：“如果人类和其他灵长类动物一样，也是通过同一种形式的生命逐渐演化而来的，那么这就应该是我们预期的结果。”[23] 正如达尔文所解释的那样，不同的灵长类动物之所以存在行为和智力上的差异，是因为两者的脑在解剖学上存在微小的差异，而不是那种“你有我无”式的巨大差异。
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达尔文不允许自己被有关脑和思想之间确切联系的疑问分散注意力，而这恰恰是许多科学家和哲学家所关心的问题。他相信这样的联系是存在的：自然选择要作用于脑的结构，进而改变行为，脑和思想之间必须存在因果联系，而不仅仅是相关性。但达尔文并没有专注于探索这种联系的确切本质。正如他在30多年前所写的那样，为了他的目的，他只需要这种联系存在即可。因此，在《人类的由来》的书页上，达尔文以一个优雅转身，避开了困住他同时代许多人的认识论泥潭：“至于心智能力最初是怎样发展起来的，这个问题和生命最初是怎样起源的这个问题一样，是没有希望破解的。这些问题更适合在遥远的未来去解决，如果那时的人类还需要解决这些问题的话。”[24]
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虽然脑和思想间的确切联系是未知的，甚至可能是不可知的，但所有动物中脑和行为之间更普遍的联系是达尔文关注的一个问题。这个问题是《人类的由来》一书的核心，书中详细描述了非人动物表现出的复杂的行为适应或本能，并从自然选择的角度对其进行了解释。蚂蚁等群居性昆虫给达尔文留下了特别深刻的印象，它们复杂的交流系统和识别同巢同伴的能力表明它们拥有记忆。蚂蚁之所以拥有这样丰富的行为能力，是因为这些昆虫拥有相对较大的脑。在达尔文看来，考虑到蚂蚁身体的大小，这些脑称得上“尺寸非凡”。在解释蚂蚁的脑如何将所有的行为都集中在这么小的空间中时，达尔文显得滔滔不绝：
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可以肯定的是，一团质量极小的神经物质就可能产生非凡的心智活动：众所周知，蚂蚁拥有惊人的多样化本能、心智力量和情感，但它们的脑神经节还没有一个小针尖的四分之一大。从这一点看，蚂蚁的脑是世界上最神奇的物质原子之一，也许比人脑更神奇。[25]
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在蚂蚁的例子中，显然没有必要对脑和心智之间的联系进行形而上的吹毛求疵——没有人怀疑蚂蚁令人惊叹的行为是由它们的脑产生的。这同时也突显了一个事实：微小动物的脑与行为之间的联系像人脑与心智之间的联系一样不可思议、神秘莫测。
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在思考这个问题的过程中，达尔文得出了一个重要的结论。他认为，大多数动物的本能行为都具有重要的意义，但在人类中，本能行为的作用却明显较小。他提出，如果本能在某种动物的行为中所起的作用相对较小，那么这种动物的脑结构就应该更为复杂：
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我们对脑的功能知之甚少，但我们可以感觉到，随着智力的高度发展，脑的各个部分必须通过非常复杂的渠道联系到一起，这些渠道承担着自由程度最高的交流的功能。因此，每一个单独的部分可能不太适合以一种明确的、可遗传的（也就是本能的）方式来对应于特定的感官或联系。
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达尔文的意思是，在更发达的脑中，功能的局域化程度会更低，因为“自由程度最高的交流”将以某种未知的方式支持更复杂的智能。
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达尔文的这些论述揭示了一个原理，可以解释为什么不同动物的脑有不同的形状——因为它们朝不同方向进化以产生不同的行为。把通过自然选择实现的进化和共同谱系的模式结合到一起，可以解释复杂结构的起源，在原则上甚至可以解释人类意识的起源，尽管后者的运作原理充满了形而上学的神秘性。达尔文坚信，某种形式的意识深入延展到动物谱系当中，人类和其他动物之间的差异只是程度上的：我们只是比我们的猿类“亲戚”们意识更强，而不是拥有一个需要特殊解释的全新特征。
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这些关于意识的起源及其与脑功能联系的争论并不局限于学术界。中产阶级和受过教育的工人对这些观点也有巨大的兴趣，尤其是在赫胥黎于1874年在贝尔法斯特英国科学促进会会议上做了一场极具影响力的演讲之后。赫胥黎的演讲后来被刊登在《自然》杂志上，还以修改过的形式刊登在读者众多的《双周评论》杂志上。在接下来的几年里，在《自然》杂志、报纸、杂志和小说上，出现了针对这篇演讲的成百上千的回复。[26]
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赫胥黎的演讲之所以激起了如此大的反响，是因为他声称动物（包括人）是“有意识的机器”或者说“有意识的自动机”：
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根据我们所知的神经系统的运作方式，当神经系统的核心部分发生某种特定的分子变化时，这一变化就会以我们完全不清楚的某种方式导致我们称为感知的意识状态。[27]
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为了解释“有意识的自动机”这个术语，赫胥黎详细地重新审视了笛卡儿的观点，将这些观点与最新的科学证据进行对比。这些科学证据表明，动物中某些相当复杂的行为，比如青蛙的游泳和跳跃，是不需要脑参与的反射。虽然笛卡儿认为动物只是没有感受的机器，但赫胥黎认为这是“一个非常令人惊讶的假设”，并遵循达尔文的方法来证明动物和人之间并没有严格的区别：
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低等动物的脑中有一些特别的部分，这些部分虽然发育得更简单，但我们完全有理由相信，它们和人脑中产生意识的那一部分是相同的。在其他情况下，功能和器官是相辅相成的，因此我们可以下结论，脑的情况也是如此。这些动物虽然不具备我们拥有的强烈的意识，虽然由于语言的缺乏，它们不能产生思想而只能产生感受，但它们还是拥有某种形式的意识，这种意识或多或少清晰地对应于我们自己的意识。[28]
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赫胥黎认为，动物的意识是动物身体活动的“附带产物”，不可能影响行为，就像“火车头工作时发出的汽笛声不会影响机器的运转”一样。他认为动物的意识是神经活动产生的，但无法影响动物的行为，动物就像机器，其行为受内置规则的支配。
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在将这一观点应用于人类时，赫胥黎坚持认为，“我们的心智状态只是意识中某些变化的一种象征，这些变化是在生物体中自行发生的。举个极端的例子，我们称为意志的那种感觉并不是引发随意行为的原因，而只是某种大脑状态的象征，这种大脑状态才是这种行为的直接原因”。无论是在当时还是现在，这种观点都是对大多数读者日常经验的一项重大挑战。我们都认为我们拥有意志，而赫胥黎的观点意味着所谓的自由意志，也就是人类拥有思考多种可能性并在这些可能性中做出选择的能力，只是一种错觉。
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赫胥黎在这方面做过颇多论述。1870年，他做了一场关于笛卡儿的讲座，并在讲座中探讨了机器具有意识的可能性：
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和唯物主义者一样，我相信人体是一台机器，其他一切有生命的机体也是如此。迟早有那么一天，它的一切活动都可以用物理原理来解释。我相信，我们迟早有一天会发现意识的机械等价物，就像我们已经发现热能的机械等价物一样。
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