Eine Übersicht über das Testdesign bei PISA 2003 findet sich in unten stehender Tabelle.
Die PISA 2003-Erhebungen bestanden aus internationalen und nationalen Testinstrumenten. Die international entwickelten Instrumente umfassen die Leistungstests der Kompetenzbereiche Mathematik, Naturwissenschaften, Lesen und Problemlösen sowie einen Schüler- und einen Schulleiterfragebogen.
Zu den nationalen Instrumenten zählten die national entwickelten Leistungstests der Kompetenzbereiche Mathematik, Naturwissenschaften, Lesen und Problemlösen sowie je ein Fragebogen für Schüler, Eltern, Lehrer und Schulleiter.

Für PISA-I-PLUS fand eine Messwiederholung im Jahr 2004 statt.
Die Messwiederholung 2004 diente dazu, im Längsschnitt Erklärungsmodelle für Kompetenzentwicklung im Bereich Mathematik unter Unterrichtsbedingungen zu überprüfen. Getestet wurden alle 10. Klassen, die 2003 als komplette 9. Klassen in die PISA-Studie einbezogen waren.

PISA 2003 erstreckte sich über insgesamt drei Testtage.
1. Testtag: internationale Tests an allen Schülerstichproben (PISA-I, PISA-I-PLUS, PISA-E).
2. Testtag: National entwickelte Tests an den Stichproben PISA-I und PISA-I-PLUS
3. Testtag: Computergestützte national entwickelte Tests an einem sehr kleinen Teil der Stichproben PISA-I und PISA-I-PLUS

Tests	Stichproben
	PISA-I	PISA-I-PLUS	PISA-E
Internationale Instrumente
Kompetenzbereich Mathematik	X	X	X
Kompetenzbereich Naturwissenschaften	X	X	X
Kompetenzbereich Lesen	X	X	X
Kompetenzbereich Problemlösen	X	X	X
internationaler Schülerfragebogen	X	X	X
internationaler Schulleiterfragebogen	X	X	X
Nationale Instrumente
Kompetenzbereich Mathematik	X	X
Kompetenzbereich Lesen	X	X
Kompetenzbereich Problemlösen	X	X
nationaler Schülerfragebogen	X	X
nationaler Schulleiterfragebogen	X	X	X
nationaler Lehrerfragebogen	X	X
nationaler Elternfragebogen	X	X
Anzahl der Testtage	2-3	2-3	1
Messwiederholung 2004		X