Behalve vaardigheidstoetsen op het vlak van o.a. taal, wiskunde, natuurwetenschappen, economie worden ook een aantal gestandaardiseerde vragenlijsten afgenomen. Deze zijn bedoeld om meer zicht te krijgen op
- de thuissituatie van de leerlingen (zoals de sociaal-economische status van hun ouders/verzorgers),
- hun studie-aanpak (o.a. interesse, motivatie, tevredenheid, zelfvertrouwen), en
- de mate waarin zij vertrouwd zijn met en gebruikmaken van ICT.
De toetsen en vragenlijsten die in het PISA-onderzoek worden afgenomen, zijn voor Nederland deels ontwikkeld door het Cito en zijn geselecteerd voor hun psychometrische kwaliteiten. Critici hebben echter aangetoond dat de resultaten niet steeds met een eendimensionale competence-maat kunnen verkregen worden. Alle landen worden wel op dezelfde manier bevraagd, maar de vraagstelling zelf wijkt in meer of mindere mate af van de opvattingen over onderwijs van elk land. (Wuttke in Jahnke/Meyerhöfer 2006; Allerup in Hopman/Brinek/Retzl 2007).
In Vlaanderen wordt het onderzoek toevertrouwd aan de pedagogische onderzoekscentra van universiteiten. In Nederland is het Cito verantwoordelijk voor het verspreiden, toetsen en controleren ervan.
De verzamelde data wordt onderworpen aan geavanceerde statistische analyses. De uitkomsten van het onderzoek zijn zeer relevant voor het beleid, de praktijk en toekomstig onderzoek van het onderwijs. De datasets en onderzoeksrapporten zijn vrij toegankelijk op de website.