В 1828 году он предпринял со своим приятелем Мурчисоном продолжительную геологическую экскурсию во Францию, Италию и Сицилию. Главной целью этой экспедиции было ближайшее ознакомление с осадками третичной эпохи. По имеющейся теории, между третичной и современной эпохой был пробел, перерыв. «Ход событий изменился», старый мир погиб, уничтоженный какой-нибудь катастрофой, и воздвигся новый.

Прежние экскурсии Лайеля заставили его усомниться в справедливости этих заключений; теперь же он решился проверить свои сомнения, изучив третичные осадки на всём протяжении от Франции до Сицилии.

Его исследования совершенно уничтожили прежние воззрения. Сравнивая третичные окаменелости с современными, он сделал вывод, что они представляют одно неразрывное целое: третичные осадки, климат, население незаметно переходят в современные. Ничто не говорит в пользу громадных общих катастроф, разрывающих цепь явлений; напротив, всё свидетельствует о медленном непрерывном и однородном процессе развития.

Понятно, какое громадное значение имели эти выводы для теории униформизма. Катастрофисты теряли свою главную опору: доказательство существования резкого перерыва между настоящим и прошлым.

Первый том «Основных начал геологии» Лайеля вышел в свет в 1830 году, второй — в 1832-м, третий — в 1833-м.

Трудно определить в немногих словах значение этой книги. Оно не укладывается в краткую формулу, не выражается в ярких открытиях, которые можно было бы пересчитать по пальцам.

Вся его книга в целом представляет открытие. В книге Лайеля деятельность современных сил природы впервые явилась в своём настоящем свете. Он показал, что, во-первых, работа этих «слабых» агентов приводит в действительности к колоссальным результатам, продолжаясь в течение неопределённого времени, и, во-вторых, что она действительно продолжается в течение неопределённого времени, незаметно сливаясь с прошлым.

Изучению современных сил посвящены первый и второй тома «Основных начал». Перечислим главнейшие разряды явлений, которые здесь трактуются.

Лайель доказал, что огромные колебания в климате могут происходить вследствие изменений в очертании материков и морей, что подобные изменения действительно совершались в течение геологической истории и согласуются с переворотами в климате, о которых свидетельствует та же история.

Деятельность воды как геологического агента впервые выяснена Лайелем в её настоящем объёме и значении. Он установил понятие о разрушающей и созидающей работе рек, морских течений, приливов и отливов; показал громадные размеры этих двух параллельных и соотносительных процессов.

Изучая продукты деятельности современных вулканов и сравнивая их с древними вулканическими породами, он показал, что те и другие имеют существенно однородный характер и свидетельствуют об одинаковом процессе — о местных вулканических действиях, совершавшихся с большими перерывами в течение долгих периодов. Напротив, нигде, ни в древнейших, ни в новых образованиях, нет признаков действия, превосходящего по энергии и быстроте современные явления.

Наконец, не менее полно и основательно исследовал Лайель вопрос о роли органических агентов в истории земной коры. Он развенчал прежнее мнение о перерывах в истории органического мира, сопровождавшихся уничтожением и возникновением целых фаун и флор, доказав (для третичной эпохи), что при более тщательном исследовании мы открываем и здесь постепенность развития, гармонирующую с постепенным преобразованием неорганической среды.

Климатическая теория, законы действия водяных и вулканических агентов, происхождение вулканов, набросок более верной теории горообразования, роль организмов в истории земной коры и связь между развитием органического и неорганического мира — вот главные пункты в работе Лайеля.

На этом фундаменте Лайель построил историческую геологию — очерк изменений, пережитых земною корой с древнейших времён до настоящего времени. Изданный впоследствии в виде отдельного сочинения, этот очерк представляет первый набросок исторической геологии в том виде как мы изучаем её сегодня.

Лично ему принадлежит в этой области исследование третичной системы. Это было первое подробное изучение и подразделение огромного отдела в истории нашей планеты: схема, установленная Лайелем (эоцен, миоцен и плиоцен), сохранилась и до наших дней с изменениями лишь в деталях. Позднее по следам Лайеля пошли другие исследователи — Сэджвик, Мурчисон, Мак Куллох и прочие — они сделали для древнейших систем, вторичной и первичной, то же, что он сделал для третичной.

Независимо от этого его исследование третичной системы имело огромное философское значение, показав, что «современный порядок вещей» тянется уже бог знает сколько времени и привёл к полному преобразованию земной поверхности в отношении её устройства, климата, флоры и фауны.

Книга Лайеля имела огромный успех. Первый и второй тома разошлись в двух изданиях прежде, чем вышел третий, так что в 1834 году потребовалось уже третье издание всего сочинения.

В Англии же быстрее всего распространились и были признаны воззрения Лайеля. Для молодых, начинающих учёных его книга явилась настоящим откровением.

«Когда я отправился на „Бигле“, — рассказывал Дарвин, — профессор Генсло, который, как и все геологи в ту эпоху, верил в последовательные катастрофы, посоветовал мне достать и изучить только что опубликованный первый том „Основных начал“, но ни в коем случае не принимать его теорий.