(一)操作性條件反射
操作性條件反射這一概念，是斯金納新行為主義學習理論的核心。斯金納把行為分成兩類：一類是應答性行為，這是由已知的刺激引起的反應；另一類是操作性行為，是有機體自身發出的反應，與任何已知刺激物無關。與這兩類行為相應，斯金納把條件反射也分為兩類。與應答性行為相應的是應答性反射，稱為S（刺激）型；與操作性行為相應的是操作性反射，稱為R（反應）型。S型條件反射是強化與刺激直接關聯，R型條件反射是強化與反應直接關聯。斯金納認為，人類行為主要是由操作性反射構成的操作性行為。斯金納很重視R型條件反射，因為這種反射可以塑造新行為，在學習過程中尤為重要。
(二)強化理論
斯金納在對學習問題進行了大量研究的基礎上提出了強化理論，十分強調強化在學習中的重要性。他認為，強化就是通過強化物增強某種行為的過程，而強化物就是增加反應可能性的任何刺激。斯金納把強化分成正強化和負強化兩種。正強化是獲得強化物以加強某個反應，如鴿子啄鍵可得到食物。負強化是去掉令學習者討厭的刺激物，由於刺激的退出而加強了那個行為，如鴿子用啄鍵來去除電擊傷害。這兩種強化都增加了反應再發生的可能性。斯金納認為不能把負強化與懲罰混為一談。他通過係統的實驗觀察得出了一條重要結論：懲罰就是企圖呈現負強化物或排除正強化物去刺激某個反應，僅是一種治標的方法，它對被懲罰者和懲罰者都是不利的。斯金納的研究表明，懲罰隻能暫時降低反應率，而不能減少消退過程中反應的總次數。在他的實驗中，當白鼠已牢固建立按杠杆得到食物的條件反射後，在它再按杠杆時給予電刺激，這時反應率會迅速下降。如果以後杠杆不帶電了，按壓率又會直線上升。斯金納對懲罰的科學研究，對改變當時美國和歐洲各國盛行的體罰教育起了一定作用。
斯金納用強化列聯這一術語表示反應與強化之間的關係。強化列聯由三個變量組成：辨別刺激、行為或反應、強化刺激。刺激辨別發生在被強化的反應之前，它使某種行為得到建立並在當時得到強化，學到的行為得到強化就是刺激辨別的過程。在一個列聯中，在一個操作-反應過程發生後就出現一個強化刺激，這一操作再發生的強度就會增加。斯金納認為，教學成功的關鍵就是精確地分析強化效果並設計特定的強化列聯。
(三)教學機器與程序教學
斯金納認為，學習是一種行為，當主體學習時反應速率就增強，不學習時反應速率則下降，因此他把學習定義為反應概率的變化。在他看來，學習是一門科學，學習過程是循序漸進的過程；而教學則是一門藝術，是把學生與教學大綱結合起來的藝術，是安排可能強化的事件來促進學習，教師起著監督者或中間人的作用。斯金納激烈抨擊傳統的班級教學，指責它效率低下，質量不高。他根據操作性條件反射和強化理論，對教學進行改革，設計了一套教學機器和程序教學方案。
教學機器是一種外形像小盒子的裝置，盒內裝有精密的電子和機械儀器。它的構造包括輸入、輸出、貯存和控製4個部分。教學材料分解成由按循序漸進原則有機地相互聯係的幾百甚至幾千個問題框麵組成的程序。每一個步子就是一個框麵，學生正確回答了一個框麵的問題，就能開始下一個框麵的學習。如果答錯了，用正確答案糾正後再過渡到下一個框麵。框麵的左側標出前一框麵的答案，成為對該框麵問題的提示。一個程序學完了，再學下一個程序。斯金納認為課堂上采用教學機器，與傳統的班級教學相比較有許多優點。第一，教學機器能即時強化正確答案，學習效果的及時反饋能加強學習動力。而在班級教學中行為與強化之間間隔時間很長，因而強化效果大大削弱。第二，傳統的教學主要借助厭惡刺激來控製學生的行為，學生學習是為了不得低分，不被教師、同學、家長羞辱等，從而失去學習興趣。教學機器使學生得到積極強化，力求獲得正確答案的願望成了推動學生學習的動力，提高了學習效率。第三，采用教學機器，一個教師能同時監督全班學生盡可能多地完成作業。第四，教學機器允許學生按自己的速度循序漸進地學習（即使一度離校的學生也能在返校後以他輟學時的水平為起點繼續學習），這能使教材掌握得更牢固，提高學生的學習責任心。第五，采用教學機器，教師就可以按一個極複雜的整體把教學內容安排成一個連續的順序，設計一係列強化列聯。第六，教學機器可記錄錯誤數量，從而為教師修改磁帶提供依據，有助於提高教學效果。第七，學習時手腦並用，能培養學生自學能力。