PISA fokuserer på et langt bredere og mer integrert spektrum av kunnskaper, ferdigheter og holdninger enn det som har vært vanlig i internasjonale undersøkelser knyttet til utdanning. Et hovedmål er å kartlegge elevenes evne til å tolke informasjon og trekke slutninger på basis av allerede ervervede kunnskaper.
Tre områder er valgt ut: lesing (på engelsk kalt reading literacy), matematikk (mathematics literacy) og naturfag (science literacy). Lesing er en grunnleggende ferdighet og ligger til grunn for annen skolefaglig kompetanse. Dyktighet i matematikk og naturfag er spesielt viktig i et samfunn som i stadig større grad er avhengig av nye vitenskapelige oppdagelser og teknologiske nyvinninger.
Gjennom et eget elevspørreskjema kartlegger PISA elevenes læringsstrategier, motivasjon og selvoppfatning. Dette spørrekjemaet inneholder også spørsmål om hjemmebakgrunn. I tillegg fyller rektorene ut et skolespørreskjema med opplysninger om blant annet lærertetthet, organisering og skolelederutdanning. I noen land finnes det også et foreldrespørreskjema, men denne muligheten har PISA Norge foreløpig avstått fra.
De tre hovedrapportene som hittil er utgitt om PISA-undersøkelsen i Norge, inneholder kapitler som i særlig stor grad bygger på de opplysningene som er kommet fram gjennom spørreskjemaene. Flere av disse kapitlene kan lastes ned i PDF-format: