Juntamente com os estudos PISA 2000 e PISA 2003, a prova PISA 2006 completa uma primeira série de aplicações sobre os três domínios principais (leitura em 2000, matemática em 2003 e finalmente ciências em 2006). Em 2006, participaram neste estudo internacional os 30 países membros da OCDE e 27 países e economias participantes não membros da OCDE (Argentina, Arzebaijão, Brasil, Bulgária, Cazaquistão, Chile, Colômbia, Croácia, Eslovénia, Estónia, Federação Russa, Hong-Kong-China, Indonésia, Israel, Jordânia, Letónia, Liechtenstein, Lituânia, Macau-China, Montenegro, Qatar, Roménia, Servia, Tailândia, Taipé Chinês, Tunísia e Uruguai).
Precedido novamente por um estudo piloto ocorrido em 2005, o PISA 2006 foi novamente aplicado a alunos de 15 anos que frequentassem entre o 7º e o 11º ano de escolaridade, sendo avaliadas as três áreas principais (literacia de matemática, leitura, ciências), com particular enfoque no seu domínio principal – ciências. Em 2006, o estudo PISA também incluiu, pela primeira vez, questões acerca das atitudes dos alunos relativamente às ciências no próprio teste em vez de apenas no questionário de contexto.
Foram aplicados 13 cadernos diferentes, com diversas combinações de itens, respondendo cada aluno apenas a um deles. Recolheram-se ainda as respostas dos alunos a um questionário, sobre eles próprios e sobre os seus hábitos de aprendizagem, as suas atitudes relativas às ciências, bem como os seus envolvimentos na escola e motivações. Foi ainda aplicado um questionário aos pais dos alunos participantes no PISA 2006 e um questionário às escolas selecionadas.
