Zbog razlika u organizaciji obrazovnih sistema u razlicitim zemljama, populacija  ucenika koji se ispituju definisana je godištem, a ne generacijom. Ispituju se petnaestogodišnjaci na redovnom školovanju, bez obzira u kom se razredu, nivou školovanja ili tipu škole nalaze u vreme ispitivanja. Naime, u razlicitim obrazovnim sistemima se period opšteg obrazovanja završava otprilike na ovom uzrastu i posle toga se ulazi u period finije specijalizacije. Glavnom studijom 2003. godine obuhvaceni su ucenici rodjeni 1987. godine.

Glavna studija realizovana je u periodu od 18. aprila do 18 maja 2003. Terensko ispitivanje obnavili su prethodno obuceni ispitivaci, uglavnom strucni saradnici iz osnovnih i srednjih škola.

Fokus u proceni postignuca u ovom cilusu PISA ispitivanja bio je na upravo na matematici. Ispitivanje je obuhvatilo 85 matematickih pitanja razlicitog nivoa težine smeštenih u realan kontekst. Najjednostavniji zadaci podrazumevaju reprodukciju naucenih znanja, prepoznavanje jednostavnijih matematickih procedura i izvodenje rutinskih operacija. Zadaci srednjeg nivoa težine zahtevaju od ucenika interpretiranje i povezivanje podataka. Teži zadaci predstavljaju kompleksne problemske situacije u kojima se od ucenika ocekuje da selektuje, poredi i evaluira razlicite strategije rešavanja problema, kao i da formuliše i obrazlaže rešenja do kojih je došao. U PISI 2003 merena su postignuca ucenika u 4 oblasti matematike:

  • Prostor i oblik (odnosi u prostoru, geometrija, karakteristike objekata)
  • Transformacije i relacije (razumevanje odnosa medu varijablama i nacina na koji su oni predstavljeni)
  • Brojevi i mere
  • Neizvesnost (verovatnoca i statisticke procedure)