نشر داروين نظرياته عن النشوء والارتقاء في كتابه أصل الأنواع عام 1859م. وفي هذا الكتاب، أعطى داروين دليلًا على أن النباتات والحيوانات قد غيّرت صفاتها خلال العصور، وشرح الكيفية المحتملة لوقوع هذه التغيرات من خلال عملية الانتخاب الطبيعي. ووفق هذه العملية، فإن الكائنات الأكثر ملاءمة لبيئاتها هي التي تتوفر لها فرصة أفضل للبقاء وترك ذريات. وقد ساعدت بعض أفكار داروين في تفسير أوجه التشابه الأساسية ـ أو التوحيد بين كل الكائنات الحية، لأنها تطورت عن أسلاف مشتركين. وتحولت نظرية النشوء والارتقاء إلى أحد أكثر الموضوعات العلمية إثارة للجدل خلال أواخر القرن التاسع عشرالميلادي؛ إذ أثارت النظرية على نحو خاص معارضة عنيفة بين رجال الدين النصارى الذين اعتقدوا أنها تتعارض مع الرواية الإنجيلية للخلق. انظر: النشوء والارتقاء.
من الأفكار الموحّدة المهمة الأخرى في علوم الأحياء، النظرية التي مفادها أن كل الأشياء الحية مكونة من الخلايا. واقترح النظرية عالمان ألمانيان هما ماثيوس شلايدن وثيودور شوان في الثلاثينيات من القرن التاسع عشر الميلادي. وقد تأثرت أفكارهما بحركة فلسفية ألمانية يطلق عليها الفلسفة الطبيعية أكدت على وحدة كل الأشياء الحية في الطبيعة وكل القوى الموجودة في الكون.
حاول علماء الطبيعة في القرن التاسع عشرالميلادي أيضًا وضع تصور موحد مكتمل عن قوانين الطبيعة. فقد ساعد الكيميائي الروسي دمتري مندليف في تنظيم دراسة الكيمياء عندما نشر جدوله الدوري عام 1869م. وفي الأربعينيات من القرن التاسع عشرالميلادي، أظهر فيزيائي إنجليزي، يدعى جيمس جول، أن الحرارة شكلٌ من أشكال الطاقة. وكان أحد علماء عديدين اكتشفوا قانون حفظ الطاقة، وينص هذا القانون على أن الطاقة لا تزيد ولا تنقص خلال العمليات الكيميائية وإنما تتغير في الشكل فقط.