Nach seiner Studienzeit und nach seiner ersten Forschungsreise nach Italien bekannte sich Haeckel zur Evolutionstheorie von Charles Darwin. Seine folgenden Forschungsprogramme fixierten sich auf die Darwin’schen Theorien und dienten der Weiterführung sowie der Anerkennung dieser Theorien. Haeckel wagte dann auch den ersten Schritt weiter in Richtung Evolutionsgeschichte: Er bezog den Menschen in die Entwicklungsreihe der Wirbeltiere mit ein. Darwin hatte diese Theorie auch bereits im Kopf gehabt, bisher aber nicht veröffentlicht. 
Der Mensch war für Haeckel nicht mehr das Produkt der Schöpfung, sondern eine logische Folgerung aus der Entwicklung der Lebewesen, angefangen beim kleinsten Einzeller. Für Haeckel war der Affe bzw. der Primat der direkte Vorgänger des Menschen. Da Haeckel auch vermutete, dass die ersten Einzeller aus anorganischen Stoffen bestanden und der Mensch ein entfernter Nachfahre dieser ist, folgerte er, dass es eine Einheit zwischen Körper und Seele geben muss und diese nicht voneinander zu trennen sind. Das fing an bei der Atomseele, ging über einen beseelten Stein und endete bei der Vernunft des Menschen. Das stand im großen Gegensatz zur Schöpfungslehre der Kirche. Haeckel lehnte auch die Vorstellung eines großen schöpferischen Lebewesens ab. Für ihn gab es keine einzelne Person, die Gott war, vielmehr war Gott für ihn gleich Natur. Haeckel hielt viele erfolgreiche Vorlesungen, die er niederschreiben und veröffentlichen lies. Bis zu seinem Tode wurden 11 Auflagen eines dieser Bücher veröffentlicht. Die Bücher wurden in Deutschland zu einem großen Erfolg. Darwin selbst war erstaunt über die Popularität seiner Theorien, die Haeckel ihnen verschafft hatte. Haeckel selbst stand mit Darwin in engem Kontakt und besuchte ihn mehrmals auf seinem Landsitz in England.
Aber es gab nicht nur positive Reaktionen auf seine Werke und Veröffentlichungen:
Nicht nur die Kirche war gegen seine Theorien, auch sein ehemaliger Lehrer Rudolf Virchow wandte sich gegen ihn. Von den einen "Deutscher Darwin" genannt und als "Luther gleich" bezeichnet, wurde er von seinen Gegnern als "Agent Satans", "Affenprofessor" oder als "Fälscher" dargestellt. Rudolf Virchow verlangte sogar, dass die Einführung der Entwicklungstheorien Haeckels in den Schulunterricht verboten werden sollte. Sogar im preußischen Abgeordnetenhaus wurde darüber diskutiert. Als Ergebnis dieser Debatte wurden die Lehren Darwins und Haeckels aus dem Schulunterricht entfernt und der Biologie-Unterricht in den höheren Klassen komplett verboten.
Haeckel verfasste viele Werke über Quallen, Strahlentierchen, Kalkschwärme und weitere Meereslebewesen. Er schrieb auch an einer Auswertung der ersten Tiefsee-Expedition der Welt mit, bei der er als begabter Zeichner über 200 Schautafeln und mehr als 2500 Seiten Text schrieb. Später veröffentlichte er wohl eines seiner wichtigsten Werke, "Die Welträtsel", in dem er über das Naturverständnis, das Wesen von Kraft und Materie und weitere Themen gleicher Natur schrieb.