Hovedmålet med PISA er å fokusere på et langt bredere og mer integrert spektrum av kunnskaper, ferdigheter og holdninger enn det som har vært vanlig gjennom slike tester til nå. Derfor blir lagt vekt på elevenes evne til å tolke informasjon og trekke slutninger på basis av allerede ervervede kunnskaper og på hvordan elevene bruker sine kunnskaper og ferdigheter i en sammenheng.
Tre områder er valgt ut: lesing (på engelsk kalt reading literacy), matematikk (mathematics literacy) og naturfag (science literacy). Lesing er en grunnleggende ferdighet og en selvfølgelig basis 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.
PISA kartlegger også elevens læringsstrategier, motivasjon og selvoppfatning gjennom spørsmål i et elevspørreskjema. 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: