Två tredjedelar av Englands skolor står inför verkliga budgetnedskärningar under detta parlament, enligt Institutet för forskning om offentlig politik (IPPR).
Det kommer som en tidningsrapport säger att avdelningen för utbildning ska drabbas av nedskärningar till ett värde av 2 miljarder pund.
DfE sade att det var viktiga skolor som använde medlen för att hjälpa missgynnade elever.
I år fick skolorna i England 623 pund för varje elev på gratis skolmåltider - totalt 2,5 miljarder pund i slutet av detta parlament.
Jonathan Cliftons analys för tankesmedjan om hur skolor använder koalitionens flaggskepps elevpremie hävdar att det är "inte extra pengar" för majoriteten av skolorna.
Han sade: " Under de kommande tre åren drabbas skolorna å ena sidan av en nedskärning av sin huvudbudget och å andra sidan en ökning av sina bidrag till elever.
"Institutet för skattestudier har beräknat när dessa tas med i beräkningen två saker, de flesta skolor förväntas se en real-term nedskärningar i deras per elev finansiering.
"De drar slutsatsen att omkring 65 % av grundskolorna och 80 % av sekundärskolorna kommer att få se en reell nedskärning i sin budget mellan 2010-11 och 2014-15."
Samtidigt kommer en minoritet att få se en betydande ökning av sina budgetar, sägs det.
Han fortsatte: " Många skolor kämpar för att upprätthålla sin nuvarande nivå av försörjning och kan inte finansiera ytterligare eller innovativa aktiviteter.
"Kanske är det föga förvånande att de skolor som rapporterar att de "betydande" har ändrat sättet att stödja missgynnade elever tenderar att vara samma skolor som har sett en ökning av sin budget."
Det faktum att elevpremien inte är inringad innebär att den "är föremål för konkurrerande krav", och skolligabordssystemet innebär ofta att skolorna fokuserar sina resurser för att se till att eleverna får minst C-betyg i GCSE.
Han betonade också hur politiker talar omväxlande om att elevpremien används för att stödja elever som hamnar på efterkälken och elever som äter gratis skolmåltider.
Men förra året var det bara 23 % av de elever som hade låg utbildningsnivå i slutet av grundskolan som fick gratis skolmat, och endast 26 % av eleverna som fick gratis skolmat var låg.
Han efterlyser också att den extra finansieringen ska knytas till en stark professionell infrastruktur för att säkerställa att de bästa resultaten uppnås.
I betänkandet efterlyses att den större delen av pengarna åter riktas mot grundskolorna för att se till att fler elever börjar gymnasiet med lämpliga normer i engelska och matematik.
Man föreslår också att man omnämner pengar till gymnasieelever som släpar efter, så kallade "catch-up-premien", till "catch-up-rättighet" för att se till att de når rätt elever.
En talesman för DfE sade: "Kalitionen har skyddat skolornas finansiering, samtidigt som den ser till att alla missgynnade barn drar nytta av elevpremien, som kommer att vara värd 2,5 miljarder pund per år 2014/15.
"Det är mycket viktigt att skolorna använder denna finansiering på ett effektivt sätt för att öka missgynnade elevers prestationsförmåga och minska den oacceptabla klyftan med sina kamrater.
"Medan skolorna är fria att använda denna finansiering på det sätt de tror kommer mest att hjälpa missgynnade barn, hålls de ansvariga genom Ofsted inspektioner, resultattabeller och ett krav på att rapportera online om hur de använder elevpremien.
"I motsats till IPPR:s påståenden visar Sutton Trust/NFER-undersökningen i maj att endast 3 % av de undersökta skolorna sade att elevpremien kompenserade budgetnedskärningar på annat håll, från 11 % 2012."
I en rapport sägs det att skolorna står inför ett ökat tryck på att använda pengar som riktar sig till mycket fattiga elever, så kallade elevpremien, för att fylla hål i budgetarna.