Представители лингвистического натурализма, вдохновлённые успехами дарпвинизма, обратились к естествознанию, имеющему дело с генезисом биологических систем (организмов) и ставящему своей целью открыть регулярные законы биологической эволюции. Внедрение в языкознание принципа натурализма означало распространение на изучение языка и речевой деятельности принципов и методов естественных наук. Язык был признан природным явлением, развивающимся независимо от воли говорящего, эволюционным путём (подобно росту кристалла, растения или животного) и существующим в материальной форме, в виде звуков и знаков, которые воспринимаются органами слуха (или зрения). Было проведено резкое отграничение языкознания как естественной науки, изучающей фонетическое и морфологическое строение языка, объективные законы его развития, от филологии, имеющей дело с текстами как явлениями культуры, как продуктами субъективного, сознательного творчества людей и дающей им на основе лексического и стилистического анализа эстетическую оценку. На вооружение были приняты естественнонаучные методы наблюдения, сравнения и систематизации, а также моделирования исходных праформ.
Выдающимся представителем этого этапа развития лингвистического компаративизма был крупнейший исследователь-систематизатор Август Шлейхер / Шлайхер (1821—1868). Его отличали широкие и многообразные интересы; огромная лингвистическая эрудиция; новаторская во многих отношениях и плодотворная научная деятельность и огромные, оставшиеся незавершёнными исследовательские замыслы (особенно касающиеся взаимоотношений балтийских и славянских языков). А. Шлайхер был одним из пионеров полевой лингвистической работы (занятия литовским языком, лёгшие в основу научной литуанистики, основателем которой он считается по праву).
Он ревностно следовал в номенклатуре наименований не только духу, но и букве естествознания, а на конечном этапе довольно механистически идеям дарвинизма, что скорее вредило репутации этого крупного и плодовитого учёного, но не могло скрыть его стремления к раскрытию системного фактора в организации внутренней структуры языка и к обнаружению законов, управляющих эволюцией языка. Применённый им в описании языков биологический концептуальный аппарат и методы естествознания были для того времени наиболее точными, позволяющими открыть независимые от воли исследователя законы развития языка. Фактически у А. Шлайхера (в отличие от М. Мюллера) отсутствует вульгарное отождествление языка с естественным организмом. И вместе с тем он отказывается считать язык проявлением особого духовного начала (как у В. фон Гумбольдта и психологистов). Интересны и его упрёки в адрес Ч. Дарвина в частичных уступках религии.
А. Шлайхер направляет внимание на исследование "материально-телесных условий" речевой деятельности. Он признаёт то, что материальной основой языка являются мозг, органы речи и органы чувств, что действительное назначение языка — быть органом мысли, мышлением в звуковой материи. Язык он понимает как "звуковое выражение мысли", как "мыслительный процесс, выявляющийся с помощью звука". Он признаёт равнозначность образования языка, с одной стороны, и развития мозга и органов речи, с другой стороны. Язык, по его мнению, создаётся на основе звукоподражаний и непроизвольных выкриков, при одновременном формировании материального субстрата мышления и механизма говорения, и в этом процессе находит воплощение собственно человеческая способность к реализации духа в членораздельных звуках, очеловечивание природы. А. Шлайхер идёт по пути приближения к современному учению о связи языка с деятельностью высшей нервной системы, предвосхищая некоторые идеи нейролингвистики и биолингвистики.
Он следует философии истории Гегеля, различая в соответствии с ней в развитии языка два периода — юность (развитие по восходящей линии, совершенствование языка) и старение (развитие по нисходящей линии, распад языка) и уподобляя периоды развития отдельного языка периодам развития животных организмов (первоначальное создание, развитие, жизнь). А. Шлайхер считает, что язык — это исключительное свойство, привилегия человека, в то время как у животных нет языка, а есть лишь "ужимки". Он убеждён в естественнонаучной природе законов развития языка (в особенности фонетических законов). Отсюда его требование учитывать при сравнении языков прежде всего регулярные звуковые соответствия. Им разграничиваются генетическое родство языков и их типологическое сходство. Родство языков понимается как наследование ими единой "звуковой материи".