Foi o pioneiro da aplicação da estatística ao controle da qualidade, dos Laboratórios Bell, e, em 1924, preparou o primeiro rascunho do que viria a ser conhecido como carta-controle. Paralelamente, com o apoio de dois colegas, desenvolveu técnicas de amostragem que constituíram o núcleo da maioria das técnicas estatísticas de controle da qualidade que são usadas até hoje.

Apregoava catorze princípios para a conquista da qualidade nas organizações. Ele apresentou, no Japão, na década de 1950, uma filosofia aparentemente simples, que viria a se tornar alicerce do moderno enfoque da qualidade, a saber: predominância do cliente; importância da mentalidade preventiva; e necessidade do envolvimento da alta administração. O ciclo PDCA teve origem na década de 1920, nos Estados Unidos, mas tornou-se conhecido como ciclo de Kaoru, a partir de 1950, no Japão.

Contribuiu com a criação de uma filosofia japonesa de administração da qualidade que foi além das técnicas, à qual, por coincidência, também deram o nome de controle da qualidade total. A abordagem japonesa era distinta da estadunidense, mas controle da qualidade total foi a expressão que se consagrou, com um sentido que combina a definição japonesa e a norte-americana: a qualidade é uma responsabilidade de todos, coordenada e orientada por uma gerência de qualidade. Além disso, também criou o diagrama de causa e efeito, ou diagrama espinha de peixe.

Em 1954, foi ao Japão e lá ministrou uma série de cursos. Nessa época, os gerentes participantes ampliaram seus horizontes, visualizando que o controle da qualidade não se aplicava apenas à manufatura e à inspeção, mas a todas as áreas funcionais e a todas as operações da organização.

Em 1961, apresentou a ideia do controle de qualidade total – TQC (Total Quality Control). A ideia do TQC tinha como pedra fundamental uma definição de qualidade em que o interesse do cliente era o ponto de partida. Para ele, qualidade não era apenas a conformidade com as especificações. A qualidade teria de ser embutida no produto ou serviço desde o começo, a partir dos desejos e interesses do cliente.