动作图式是一种化的行为模式，儿童用它对物体或经验进行表征或做出反应。这种图式是最先出现的智力结构，大多在生命的头两年出现。这个时期婴儿对事物和事件的理解仅局限于可能通过外显行为进行表征的方面。对一个9个月大的婴儿来说，皮球并没有被看做是一个有正规名称的圆形玩具，而仅仅是她和同伴用来弹跳和滚动的物体。

出生第二年，儿童已能够在没有直接操作的条件下，去解决问题并对事物和事件进行思考。换句话说，这时他们已经能够在头脑中表征经验，并使用这些心理符号或符号图式实现自己的目的。请看皮亚杰对16个月的女儿杰奎琳做的滑稽动作的描述：一个18个月大的小男孩来找杰奎琳玩，下午小男孩开始发脾气，当他试图从游戏围栏中出来时大声尖叫，并且边跺脚边向后推那个游戏围栏。杰奎琳站在一旁吃惊地看着他，这种场景她以前从未见过。第二天，当她自己在游戏围栏中玩耍时，也大声尖叫并试图移动围栏和跺脚……这种动作反复进行了多次。很显然，尽管当时杰奎琳并未表现出这些动作，但事后却能模仿同伴的行为。她必须先殂成心理表征，或者保存男孩发火时的形象，才能指导其后面的模仿形为。

按照皮亚杰的观点，7岁以后儿童思维的特征是运用运算图式。认知运算是一个人为得出符合逻辑的结论所进行的内部心理活动。例如，一个8岁儿童把一块橡皮泥由球形压大了。为什么呢？因为在他头脑中保留了这个变形过程，所以他知道，如果再把这块橡皮泥团在一起，会变成相同的一个球。相反，由于5岁儿童不能对思维对象进行操作，他们的判断在很大程度上会受到外显表象的限制。所以，他们虽然亲眼见到了橡皮泥从球形变成了圆盘状，但仍然会认为盘状的橡皮泥更大，因为它比球体占据了更大的空间。尽管给予一定提示时，他们可以想像泥团再被卷成球形的过程，但仍不能意识到这样做的逻辑结果。他们仍会固执地认为盘状的橡皮泥大。

按照皮亚杰的观点，最常见的认知操作是包含+、－、×、÷、>和<这些数学符号在内的心理活动。需要注意的是，每种心理运算都是可逆的，如心理加法和减法间的互逆运算。皮亚杰认为，这些变化的运算能力，使学龄儿童和青少年建构起相当精巧的心理图式，从而使他们对最初的实际经验以及最终的抽象假设事件的思考，都更具逻辑性和系统性。