המטרה המרכזית של מחקר פיזה היא לאמוד את המידה שבה תלמידים בני, 15 אשר עומדים בפני סיום לימודי החובה שלהם מסוגלים להשתמש בידע ובמיומנויות שרכשו בתחומי ידע נתונים, בבואם להתמודד עם האתגרים שיעמדו בפניהם בחיים. גישה זו מייצגת תפיסת עולם שונה מזו המובעת במערכות מבחנים רחבות היקף אחרות ובמערכות חינוך רבות, אשר לרוב מבקשות למדוד את המידה שבה תלמידים שולטים בתוכני לימוד נתונים, גישה אשר רואה בשליטה בחומר הלימודי את היעד המרכזי של החינוך.
נוסף על מבחני ההישגים, תלמידים המשתתפים במחקר ממלאים שאלון רקע מעמיק ומנהלי בתי הספר עונים על שאלון המתאר את הסביבה הלימודית בבתי הספר – לרבות כמות המשאבים המושקעת בבית הספר, מידת ההכשרה של הצוות החינוכי והאקלים הבית-ספרי. הנתונים שנאספים במחקר, הן במבחנים והן בשאלונים, מסייעים להשיב על שאלות כגון אלו:
- עד כמה בוגרים צעירים מסוגלים להתמודד עם אתגרי העתיד?
- באילו מיומנויות עליהם לשלוט על מנת שיוכלו להתאים את עצמם לשינויים חברתיים מהירים?
- האם דרכים מסוימות לארגון בית הספר, או ארגון הלמידה בבית הספר, הן בעלות השפעה יותר מאחרות על ההישגים הלימודיים של התלמידים?
לקריאה נוספת: