PISA халықаралық зерттеуі барлық білім беру ұйымдарындағы 15-жастағы оқушылардың оқу, математика және жаратылыстану бағытындағы пәндерден білім жетістіктерін анықтауды мақсат етеді. Зерттеу оқушылардың қабілеттерін емес, ол оқу барысында меңгерген білімдері мен дағдыларын өмірлік жағдайларда қолдана білу ептіліктерін бағалауға бағытталған.
Көптеген елдерде жасөспірімдер 15 жаста негізгі білім беру сатысын аяқтап, ересек өмірге дайындалады, осыған сәйкес зерттеудің негізгі міндеті он бес жастағы оқушылардың өз беттерінше өмір сүрулеріне қажет білім, білік, дағдыларын анықтау болып табылады.
PISA халықаралық зерттеуінің негізгі міндеті – білім беру саласындағы әлемдік басымдықтарды сипаттайтын зерттеу құралдарының негізінде объективті өлшеулер арқылы алынған айқын нәтижелерді талдау болып табылады.
Оқушылардың білім жетістіктерін зерттеу негізгі үш бағыт бойынша жүзеге асады: «математикалық сауаттылық», «жаратылыстану сауаттылығы» және «оқу сауаттылығы».
Зерттеудің әрбір кезеңінде үш зерттеу бағыттарының біріне ерекше көңіл (тесттің үштен екі бөлігі) бөлінеді. 2000 жылы зерттеудің негізгі бағыты «оқу сауаттылығы», 2003 жылы – «математикалық сауаттылығы», 2006-жылы – «жаратылыстану сауаттылығы», 2009 жылы — «оқу сауаттылығы», 2012жылы — «математикалық сауаттылығы», ал 2015жылы білім жетістіктерін бағалаудың негізгі аймағы «жаратылыстану сауаттылығы» болады.
PISA зерттеуінің әрбір кезеңіндегі бағалаудың басым аймағындағы өзгеріс зерттеудің негізгі бағыты бойынша толық ақпарат алуға және бұл бағыттағы үдерістерге салыстырмалы талдау жасауға мүмкіндік береді.