受到当时知识的限制，达尔文对于个体的遗传机制和变异来源并不了解。他没有在当时还无法解决的问题上浪费精力和时间，而是在他的大部分研究工作中将变异看作是一个黑箱。达尔文只是偶尔研究这黑箱的内容，即变异的原因，但成效甚微，比如他的泛生论，在很长时期内被主流科学界认为是错误的。
达尔文在《动植物在家养条件下的变异》（The Variation of Animals and Plants under Domestication）一书中，试图用泛生论（Hypothesis of Pangenesis）来说明他所说的“用进废退”，即获得性状能遗传。泛生论认为生物体各部分的细胞都带有特定的自身繁殖的粒子，称为“微芽”（gemmules）。微芽可由各系统经血液集中于生殖细胞，传递给子代，使它们呈现亲代的特征。环境的改变可使微芽的性质发生变化，因而亲代的获得性状可传给子代[15]。泛生论是源自古希腊希波克拉底等人的遗传学说。希波克拉底学派认为生殖物质来自于身体的每一部分。卢克莱修认为，毛发、声音、面庞以及躯体其他部位的性质由包含在从祖先传下来的种子中的原子的混合物决定。达尔文并没有设计实验去验证这一假说。后来，这一假说被他的表弟高尔顿（F.Galton）的实验所证伪了。高尔顿把白色皮毛的老鼠的血液大量输入灰色皮毛的老鼠体内，按照泛生论，灰色老鼠的后代多少会带有一些白色皮毛，但结果并非如此[16]。
因为缺乏对内部因果机制的解释，达尔文提出的自然选择理论在很长一段时间里，并不是一个完整的，可以验证的科学理论，就像一个黑箱，或者充其量是个灰箱。幸运的是，对于他当时所关心的问题（个体如何在生存竞争中获胜？）的解答而言，还用不着去研究黑匣子的内容，对它的研究可以推迟到更合适的时候。如戈弗雷-史密斯所说的，达尔文找到了一个一般的模式，或者一个图示机制（schematic machine），可以在多个不同领域中找到，不需要依赖于地球上的生物系统的某些特定属性[17]。在自然选择理论表述中，实际上蕴含着一个逻辑上自洽的抽象机制，像一台机器，只要机器的几个零部件齐全，就可以运转起来。
泛生说虽然被证伪了，但是到了今天，随着现代生物学对表型遗传现象的发现和探索，这一科学史上的有趣假说又重新引起人们的关注，人们在其中找到了一些似乎可供借鉴的思路。[18]达尔文所假设的“微芽”，具有这样的属性：它们处在有机体层次之下，与细胞处于相近的层次上，决定着遗传和变异。达尔文尝试用“微芽”的运动变化来解释生物的遗传和变异，也就是说，用低层次的属性和过程解释高层次的属性和变化。这一理论尝试，启发后人将目光引向有机体层次之下的生物组织层次，如细胞或更低的层次，去探索遗传的微观物质基础。
迈尔对达尔文之后遗传学所面临的主要问题进行归纳，得到了下述四个问题，可以看成是上述两个问题的具体化[19]：(www.xing528.com)
①某一物种全部性状的总体是被单个的、统一的，在物种层次上特异的物质所控制，还是说每个性状被可以独立变化的颗粒分别单独决定？
②遗传物质到底是“软式”的，因而可以在个体的一生或多个世代中发生渐变，还是“硬式”的，即保持恒定的，只能通过突然和激烈的转换（即后来所说的“突变”）而发生变化？
③遗传颗粒在体内如何形成？
④来自父体的遗传颗粒和来自母体的遗传颗粒在受精后是完全融合，还是保持了各自的完整？
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