动作研究是把作业动作分解为最小的分析单位，然后通过定性分析，找出最合理的动作，以使作业达到高效、省力和标准化的方法。吉尔布雷斯的研究从建筑工地开始。做砌砖学徒时，弗兰克注意到的第一件事就是工人们的工作方法和速度各不相同。工作速度快时用的是一套动作，工作速度慢时用的是另一套动作，教别人如何砌砖时又是一套动作。鉴于这种情况，吉尔布雷斯着手写了一些关于砌砖、处理原料、搭建脚手架、训练学徒的文章，目的就是改进方法、降低成本、提高工资。他把做主管、承包商以及后来做顾问时建立起来的工作体系的核心整理发表，书名分别为《现场法》（Field System）、《混凝土法》（Concrete System）、《砌砖法》（Bricklaying System）。

吉尔布雷斯夫妇在动作研究中主要采用观察、记录和分析的方法。他首先对砌砖的动作进行了仔细的分析和试验，将原来的传统动作由18个减少到4个，砌内墙的动作由原来的18个减少到2个。为了提高效率，他还设计了一个可以调节高度的支架以帮助工人避免在捡砖块时弯腰。此外，还事先将灰浆调匀，这种改进使工人从原先的每人每小时最多砌120块砖提高到每人每小时砌350块砖。他还把动作研究扩展到疲劳研究领域，并从建筑业扩大到一般制造业。研究的第一步就是把动作进行分解，如拿工具这一动作可以分解为17个基本动作：寻找、选择、抓取、移动、定位、装备、使用、拆卸、检验、预对、放手、运空、延迟（不可避免）、故延（可避免）、休息、计划、夹持。吉尔布雷斯把这些基本动作定义为动素，每一个动素称之为一个“Ther-biig”，这是Giibreth字母次序倒过来组成的，只是“th”这两个字母次序不变。动素是不可再分的，这是一个比较精确的分析动作的方法。为了获得进一步的研究资料，他把当时刚刚出现的电影摄像机技术用来进行动作摄影，然后放映，研究分析哪些是不必要的动作并加以消除。他还为此专门设计了一种“微动计时器”，在一个大钟上装一枚长的大秒钟置于现场，可以录下二千分之一秒，用来测定工作所需时间的长短。这项研究的重要性，为动作研究开辟了道路，现代体育竞技中的动作研究基本上源于此。