达尔文在当时研究表情是比较困难的，因为表情运动往往极其轻微，而且性质又极其短暂，其中的差异固然可以明白地被认识，但差异究竟存在于什么地方，却是不可能明白阐述的。比如，亲眼看见某种深度情绪时，目击者的同情心便极强地兴奋起来，以至于忘却了应该进行缜密细致的观察，有时候几乎不能进行缜密的观察。为了尽力获得稳定的基础，并且远离俗见，在确定相貌的特定运动以及身体的表情实际上能够在何种程度上表现某种精神状态时，达尔文发现用下面的这些方法时最为有用。
第一，观察幼儿。如贝尔所说，幼儿通过“非常力”表现许多情绪，但是等到他们长大成年后，我们人类的表情之中就会有某一种“已失去了幼年时期能使表情汹涌而出的纯粹单纯的源泉了。”
第二，应对精神病患者进行研究。因为精神病患者最容易陷入极强的激情之中，并且没有任何约束地表露出来。
第三，像达奇恩博士一样，对一位面部不太敏感的老人的面部上做了实验。在老人的面部肌肉上使用电疗刺激产生各种表情，并将这些表情加以扩大摄影，不加说明地给不同年龄层、不同性别的受过教育的人看，然后向他们询问这位老人是由于何种情绪或感情而导致面部动作。一方面对于其中的几种表情，几乎所有的人都可以认出照片上老人的表情，但另一方面，还有两三张照片，每个人的答案十分不同，这种事实表明，达尔文所确信的人类很容易被自己的想象力所迷惑这一点。因为对于特殊的两三张照片，我们会通过阅读照片的说明来理解相对应的表情，如果没有说明，我们会毫无疑问地被迷惑。
第四，达尔文希望能从那些被称为“极为缜密的观察者”的一流的画家和雕刻家那里获得巨大的帮助。但是他通过许多名作画像和照片，也只有一两例有所收获，因为作为美术作品是以表现美为主要目的，而面部的收缩会破坏美感。
第五，确定一直以来经常没有证据断言的同一表情和体态是否可以普遍流行于所有人类，尤其是那些与欧洲人接触甚少的人种。相貌或身体的同一种运动表示不同人种的同一情绪时，会以多大的准确性推定这种表情是真正的表情，即所说的与生俱来的或是本能的表情。每个人幼年时代所习得的习惯表情或体态，在不同的人种间大约是不同的，就像他们的语言一样。
达尔文在1867年初将下列问题印刷分发，并且附上一个要求，即不要凭借记忆而应根据实地观察。它们是：
1）惊愕时是否表现为瞪大眼睛、张大嘴巴、高扬眉毛？
2）羞耻时，如果能通过脸色来发现，是否能使脸变红？尤其是这种红色会延伸到身体下部的何种程度？
3）当愤怒或向对方挑战时，是否竖眉、挺身、伸头、耸肩或握拳？
4）考虑问题或解决疑难时，是否蹙额或皱紧眼睑下皮？
5）意气沮丧时，是否口角下沉、眉内端抬起，是否是由法国人所谓的“悲哀肌”这种肌肉运动所致？这种状态的眉毛，内端稍稍膨胀、微斜，前额中央虽然也会引起横皱，但不像惊异时眉毛高扬而使整个前额都引起皱纹。
6）精神愉快时，是否表现为眼下及眼周围的皮肤稍稍起皱纹、口角稍稍向内凹进，并且双眼熠熠有神？(www.xing528.com)
7）当冷笑或嘲弄他人时，是否上唇角会侧向被嘲讽者的方向，并停在犬齿之上？
8）坚强或顽固时，表情是否表现为口紧闭、额头下浮并微微紧蹙？
9）蔑视他人时，是否嘴唇微微突起、鼻中呼出些许气息？
10）厌恶时是否下唇向下、上唇微抬，同时发出像刚开始时呕吐或口中做唾弃时所具有的呼吸？
11）极度恐怖时，表现方式是否和欧洲人一样？
12）笑到极处时，是否会笑出眼泪？
13）人表现自己无法阻止某事或自己不能做某事时，是否肘向内曲、双手向外张开，并且双眉上扬？
14）小孩子不高兴时，是否脸颊胀鼓、嘴唇翘起？
15）罪过、狡猾、嫉妒等各种表情，我无法分辨时，你能分辨清楚吗？
16）表示肯定时，是否头微低至颔；表示肯定时，是否头左右摇动？
达尔文在调查过程中一再强调：观察从来没有与欧洲人接触过的土著人的表情最重要，但只是就表情这一点概括出来的意见却价值不大，并且凭借记忆得出的结论也非常不可信。对于在何种情绪或精神状态下对相貌进行一定的确实描述，并叙述与之相关而引起的事情，就非常有价值了。
达尔文对于从不同观察者那里得到的36个答案（涉及一些完全不同而尚未开化的民族），发现了下面的重要意义：即同一精神状态，全世界的人都是用显著的同一性表现出来，况且事实本身也极有趣味，它可以作为所有人类的身体构造与精神素质之间有密切关系的有力证据。
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