Faits:
A. O._, née en 1954, travaillait comme aide-hospitalière au home de X._. En raison de douleurs dorsales, elle a été en incapacité totale de travail du 6 décembre 2005 au 22 mai 2006. Bien qu'elle ait par la suite repris son activité à 50%, son employeur a résilié le contrat de travail avec effet au 30 novembre 2007.
Le 19 mars 2007, l'assurée a déposé auprès de l'Office AI du canton de Fribourg (ci-après: OAI) une demande de prestations de l'assurance-invalidité tendant à l'octroi d'une rente. L'OAI a recueilli les documents médicaux usuels auprès des médecins consultés par l'assurée. En particulier, le docteur W._, spécialiste FMH en médecine générale, médecin traitant, a indiqué que l'assurée souffrait de cervico-dorsolombalgies sur infiltrations d'origine inconnue de la colonne vertébrale, lesquelles entraînaient une diminution de rendement de 50% dans toute activité (rapport du 7 mai 2007). De son côté, l'OAI a confié la réalisation d'un examen clinique à son service médical régional (ci-après: SMR). Le docteur T._, spécialiste FMH en médecine générale et en médecine du travail, a posé notamment le diagnostic de cervico-dorsolombalgies sur atteinte rachidienne d'origine indéterminée, entraînant une diminution de rendement de 30% dans l'activité d'aide-soignante mais laissant subsister une capacité de travail entière dans une activité adaptée (rapport du 26 juin 2007). Sur la base de ce dernier rapport, l'OAI, tout en accordant à l'assurée une mesure d'aide au placement (communication du 14 décembre 2007), lui a refusé l'octroi d'une rente, aux motifs qu'elle était capable de travailler à plein temps dans une activité adaptée et, de ce fait, présentait un taux d'invalidité de 35% (décision du 24 avril 2008).
B. O._ a formé recours contre cette décision auprès du Tribunal cantonal du canton de Fribourg, Cour des assurances sociales. Elle a produit un rapport du docteur D._, spécialiste FMH en anesthésiologie, dont il ressortait que l'assurée présentait un syndrome somatoforme douloureux de type fibromyalgie et une capacité travail de 50 à 60% dans une activité adaptée (rapport du 9 mai 2008). Par jugement du 7 juillet 2010, l'instance cantonale a rejeté le recours.
C. O._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement dont elle demande l'annulation. Elle requiert le renvoi de la cause à l'OAI pour instruction complémentaire et nouvelle décision au sens des considérants. Elle assortit son recours d'une requête d'assistance judiciaire.
L'intimé conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer.

Considérant en droit:
1. Le recours en matière de droit public peut être formé pour violation du droit, tel qu'il est délimité par les art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (<ref-law>), sans être limité par les arguments de la partie recourante ou par la motivation de l'autorité précédente. Le Tribunal fédéral n'examine en principe que les griefs invoqués, compte tenu de l'exigence de motivation prévue à l'<ref-law>, et ne peut aller au-delà des conclusions des parties (<ref-law>). Il fonde son raisonnement sur les faits retenus par la juridiction de première instance (<ref-law>) sauf s'ils ont été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'<ref-law> (<ref-law>). La partie recourante qui entend s'écarter des faits constatés doit expliquer de manière circonstanciée en quoi les conditions de l'<ref-law> sont réalisées sinon un état de fait divergent ne peut être pris en considération. Aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente (<ref-law>).
2. 2.1 Les premiers juges ont estimé que la recourante présentait une capacité résiduelle de travail de 100% dans une activité adaptée. Ils ont constaté que les nombreuses investigations menées pour déterminer un diagnostic exact n'avaient pas abouti et que peu de médecins s'étaient prononcés sur la capacité résiduelle de travail de la recourante. Dans ce contexte, ils ont considéré qu'il n'y avait pas lieu de s'écarter du rapport du docteur T._, qui satisfaisait aux réquisits jurisprudentiels en matière de valeur probante, même si ce médecin ne disposait «que» d'un titre de médecin généraliste. En revanche, bien qu'il attestât d'une capacité de travail de 50%, le rapport du docteur W._ était trop faiblement motivé pour qu'il puisse être retenu. Établi postérieurement à la décision administrative, le rapport du docteur D._ ne pouvait, quant à lui, être utile à la recourante que dans le cadre d'une éventuelle procédure de révision. Dans tous les cas, ce document ne rendait que peu vraisemblable l'existence d'un trouble somatoforme douloureux pendant la période considérée, faute d'éléments en ce sens dans le dossier - notamment de plaintes correspondant aux symptômes d'une telle affection.
2.2 La recourante se plaint en substance d'une constatation manifestement inexacte des faits consécutive à une mauvaise appréciation des preuves. L'instance cantonale n'aurait pas dû accorder pleine valeur probante au rapport du docteur T._, les conditions posées par la jurisprudence n'étant pas remplies. En effet, ce rapport ne reposait pas sur des examens complets et ses conclusions n'étaient pas dûment motivées; qui plus est, le docteur T._, en tant que médecin généraliste, ne disposait pas des qualifications professionnelles requises pour se prononcer dans le cas d'espèce. Dans ces conditions, les premiers juges auraient dû écarter ce rapport et mettre en oeuvre une expertise pluridisciplinaire portant sur les aspects rhumatologiques et psychiques de la santé de la recourante. Cela s'imposait d'autant plus que les nombreux spécialistes consultés, s'ils avaient pu exclure la présence d'un certain nombre de pathologies, n'étaient, à une exception près, pas parvenus à poser un diagnostic clair et précis.
3. 3.1 Selon le principe de la libre appréciation des preuves, le juge apprécie librement les preuves médicales qu'il a recueillies, sans être lié par des règles formelles, en procédant à une appréciation complète et rigoureuse des preuves. Le juge doit examiner objectivement tous les documents à disposition, quelle que soit leur provenance, puis décider s'ils permettent de porter un jugement valable sur le droit litigieux. S'il existe des avis contradictoires, il ne peut trancher l'affaire sans indiquer les raisons pour lesquelles il se fonde sur une opinion plutôt qu'une autre. En ce qui concerne la valeur probante d'un rapport médical, ce qui est déterminant, c'est que les points litigieux aient fait l'objet d'une étude circonstanciée, que le rapport se fonde sur des examens complets, qu'il prenne également en considération les plaintes exprimées par la personne examinée, qu'il ait été établi en pleine connaissance de l'anamnèse, que la description du contexte médical et l'appréciation de la situation médicale soient claires et enfin que les conclusions médicales soient dûment motivées. Au demeurant, l'élément déterminant pour la valeur probante n'est ni l'origine du moyen de preuve ni sa désignation comme rapport ou comme expertise, mais bel et bien son contenu (<ref-ruling> consid. 3a p. 352; <ref-ruling> consid. 1c p. 160 et les références; arrêt 9C_1023/2008 du 30 juin 2009 consid. 2.1.1).
3.2 Selon la jurisprudence, la valeur probante d'une expertise dans une discipline médicale particulière dépend du point de savoir si l'expert dispose d'une formation spécialisée dans le domaine concerné. Le titre de spécialiste (FMH) n'en est en revanche pas une condition (arrêt 9C_270/2008 du 12 août 2008 consid. 3.3). Ce qui est déterminant pour le juge, lorsqu'il a à apprécier un rapport médical, ce sont les compétences professionnelles de son auteur, dès lors que l'administration et les tribunaux doivent pouvoir se reposer sur les connaissances spécialisées de l'expert auquel ils font précisément appel en raison de son savoir particulier. Aussi, le rôle de l'expert médical dans une discipline médicale spécifique suppose-t-il des connaissances correspondantes bien établies de la part de l'auteur du rapport médical ou du moins du médecin qui vise celui-ci (arrêt 9C_53/2009 du 29 mai 2009 consid. 4.2 et les arrêts cités). Ce qui précède vaut également pour les rapports établis par un service médical régional de l'assurance-invalidité (SMR; cf. arrêt 9C_323/2009 du 14 juillet 2009 consid. 4.3.1; arrêt I 142/07 du 20 novembre 2007 consid. 3.2.3).
3.3 Bien que les rapports d'examen réalisés par un SMR en vertu de l'<ref-law> ne soient pas des expertises au sens de l'<ref-law> et ne soient pas soumis aux mêmes exigences formelles (<ref-ruling> consid. 3.4 p. 258), ils peuvent néanmoins revêtir la même valeur probatoire que des expertises, dans la mesure où ils satisfont aux exigences, définies par la jurisprudence, qui sont posées à une expertise médicale (arrêt 9C_204/2009 du 6 juillet 2009 consid. 3.3.2 et les références, passage non publié in <ref-ruling>). Même en tenant compte de la jurisprudence récente de la Cour européenne des droits de l'homme, il n'existe en effet pas, dans la procédure d'octroi ou de refus de prestations d'assurances sociales, de droit formel à une expertise menée par un médecin externe à l'assurance (<ref-ruling> consid. 4.3 p. 468). Cela étant, il convient d'ordonner une expertise si des doutes, mêmes faibles, subsistent quant à la fiabilité et à la pertinence des constatations médicales effectuées par le service médical interne de l'assurance (<ref-ruling> consid. 4.6 p. 471).
4. Il n'est pas contesté que la recourante souffre de problèmes rachidiens qui, malgré de nombreuses investigations, n'ont pas pu faire l'objet d'un diagnostic clair et précis. Dans ce contexte, le rapport du docteur T._ ne permet guère d'apprécier les atteintes à la santé de la recourante et leurs répercussions sur sa capacité de travail. Comme le relève la recourante, il n'est que peu détaillé. L'analyse clinique est particulièrement succincte, le statut locomoteur de la recourante faisant notamment l'objet, en tout et pour tout, de moins de quatre lignes. Pour finir, ce médecin ne discute pas les différents éléments ressortant des pièces médicales versées au dossier et ses conclusions ne sont que peu motivées. L'ensemble de ces éléments tend à affaiblir considérablement la valeur probante de son rapport. Compte tenu par ailleurs des avis des médecins traitants (les docteurs W._ et D._) à propos de la capacité résiduelle de travail de la recourante, la situation justifiait à l'évidence qu'il soit procédé à des mesures d'instruction complémentaires. Faute d'instruction complète, il convient de renvoyer la cause à l'OAI pour qu'il mette en oeuvre une expertise qui, compte tenu de l'influence potentielle de facteurs psychopathologiques, devra revêtir une forme pluridisciplinaire.
5. Vu l'issue du litige, les frais judiciaires sont mis à la charge de l'office intimé (art. 66 al. 1 première phrase LTF) qui versera à la recourante une indemnité de dépens (<ref-law>). La requête d'assistance judiciaire déposée par la recourante est dès lors sans objet.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est admis. Le jugement du Tribunal cantonal du canton de Fribourg, Cour des assurances sociales, du 7 juillet 2010 et la décision de l'Office AI du canton de Fribourg du 24 avril 2008 sont annulés. La cause est renvoyée à l'Office AI du canton de Fribourg pour complément d'instruction au sens des considérants.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 500 fr., sont mis à la charge de l'intimé.
3. L'intimé versera à la recourante la somme de 2800 fr. à titre de dépens pour la dernière instance.
4. La cause est renvoyée au Tribunal cantonal du canton de Fribourg, Cour des assurances sociales, pour nouvelle décision sur les frais et dépens de la procédure antérieure.
5. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal du canton de Fribourg, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 30 mars 2011
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Le Greffier:
Meyer Bouverat