Pirmās publikācijas sākumā parakstījis ar īsto uzvārdu – Treilands.
No 1871: publikācijas parakstījis ar pseidonīmu – Brīvzemnieks.
1869: pirmā publikācija – dzejoļi "Tālumā no dzimtenes" un "Pie avota" – laikrakstā "Baltijas Vēstnesis" (1869.22.I).
Publicējis ap 90 dzejoļu, kuros pausti nacionālās atmodas centieni: tēvzemes mīlestība, ticība latviešu tautas nākotnei, mudinājumi cīnīties par tautas brīvību.
Popularitāti guva "Daugavas zvejnieku dziesma" (komponējis Baumaņu Kārlis, Ādams Ore, Jāzeps Vītols), "Atkal pie Ventas", balāde "Krīvu Krīvs" (komponējis Jāzeps Vītols).
Periodikā publicējis apceres par Andreju Spāģi (1872), Ati Kronvaldu (1887), igauņu sabiedrisko darbinieku Kārli Robertu Jakobsonu (1882) u. c.
No Friča Brīvzemnieka iecerētās sērijas "Augsti krievu vīri iz zemas kārtas" grāmatā iznāca apcere par Mihailu Lomonosovu (1874) un 17. gs. krievu pareizticīgās baznīcas Maskavas patriarhu Nikonu (1878).
Ārzemju autoru darbu tulkojumi
No krievu valodas1877: Nikolajs Gogolis "Tarass Buļba".
No vācu valodas1885: Frīdrihs Šillers "Pulksteņa dziesma" (kopā ar Kasparu Biezbārdi).
Tulkojis arī Nikolaja Ņekrasova "Skolnieks", Ivana Krilova "Sisenis un skudra", Apollona Maikova, A. Pleščejeva, Heinriha Heines u. c. autoru dzejoļus.
Sastādījis (Krišjāņa Valdemāra vadībā ar Andreja Spāģa, K. Kalniņa, Indriķa Laubes līdzdalību)
1872: "Krievu – latviešu – vācu vārdnīca".
Darbība folkloristiskā
Lasījis referātus par latviešu folkloru (par tautasdziesmām, kāzu un kristību ieražām u. tml.), organizējis latviešu folkloras vākšanu, tulkojis pats šos materiālus krievu valodā.
1873: Maskavas universitātes Dabaszinību antropoloģijas un etnogrāfijas draugu biedrības rakstu krājumā publicējis latviešu tautasdziesmas (1118) ar krievu tulkojumu, paskaidrojumiem un ievadu.
1881: publicējis sakāmvārdu, mīklu, buramvārdu krājumu latviešu valodā ar krievu tulkojumu.
1887: publicējis arī latviešu pasakas krievu valodā "
Сборник материалов по этнографии"("Etnogrāfijas materiālu krājums", 2, Maskavā) un latviešu valodā – "Mūsu tautas pasakas" (1) – tie ir pirmie izdotie latviešu pasaku krājumi.
Atbalstījis Krišjāņa Barona "Latvju dainu", Andreja Jurjāna latviešu tautasdziesmu krājumu izdošanu.
Sabiedriskā darbība
Kopā ar Krišjāni Valdemāru un Krišjāni Baronu bijis Maskavas latviešu kultūras dzīves organizētājs. Krišjāņa Valdemāra ierosināts, Fricis Brīvzemnieks iesūtījis krievu laikrakstam "
Московские ведомости" u. c. informācijas par zemnieku smago stāvokli Baltijā, savukārt latviešu laikrakstiem, galvenokārt laikrakstam "Baltijas Vēstnesis" ziņas par kultūras dzīvi Maskavā. Arī pēc aiziešanas pensijā, dzīvodams Latvijā, turpinājis iesūtīt korespondences par Baltijas
sociālajiem un kultūras apstākļiem laikrakstam "
Московские ведомости".
Krišjāņa Valdemāra mudināts, rūpējies par skolu skaita palielināšanu, par latviešu valodas nozīmes pastiprināšanu skolās, bibliotēku organizēšanu.
Pagodinājumi
1882 (pēc vecā stila 1881): Maskavas universitātes Dabaszinību antropoloģijas un etnogrāfijas draugu biedrība piešķīra Fricim Brīvzemniekam lielo sudraba medaļu.
1934–1940: pēc 15. maija Kārļa Ulmaņa apvērsuma valdība uzaicināja skolas izvēlēties sev kāda ievērojama tautas darbinieka vārdu. Rīgas pilsētas 16. pamatskola tika nosaukta Friča Brīvzemnieka vārdā, lai godinātu latviešu tautskolu inspektoru, kurš bija cīnījies par latviešu izglītības iespējām Krievijā, kā arī vairākiem skolotājiem palīdzējis dabūt darbu Rīgas skolās.
No 1995: Rīgas Friča Brīvzemnieka pamatskola. Friča Brīvzemnieka vārdā nosaukta iela vairākās Latvijas pilsētās – Rīgā, Jūrmalā, Liepājā u. c.