Charles Lyell est connu pour avoir popularisé la théorie de l'uniformitarisme. Cette théorie est née des travaux antérieurs de James Hutton et soutenait que l'histoire géologique de la Terre pouvait être mieux expliquée comme une longue série de changements graduels. Cette notion contrastait fortement avec la doctrine alors actuelle du catastrophisme, qui soutenait que les reliefs de la Terre avaient été façonnés par un nombre limité d'événements catastrophiques dans les temps historiques.
En 1830, Charles Lyell a publié "Principles of Geology", qui énonce le principe selon lequel le passé est la clé du présent et décrit les forces progressives qui ont façonné la Terre tout au long de l'histoire comme ayant opéré sur une échelle de temps beaucoup plus longue. Charles Darwin a lu le livre immédiatement après sa publication lors de son voyage historique à bord du Beagle et a été fortement influencé par la théorie de l'auteur.
L'uniformitarisme a renversé les idées antérieures sur la façon dont la Terre s'était formée en affirmant que des événements extraordinaires, tels qu'une inondation mondiale, étaient superflus. L'adaptation par Lyell des travaux de Hutton montrait qu'un ensemble de processus lents et uniformes avait fonctionné à travers le monde sur une période bien plus longue que ce que la science du XIXe siècle avait prévu. L'uniformitarisme a depuis été modifié pour permettre des événements soudains et dramatiques tels que des impacts d'astéroïdes, mais l'idée clé sur la géologie ancienne fonctionnant de la même manière que la géologie actuelle est au cœur des sciences de la Terre et de la biologie.
