TIMSS består av en vurdering av elevenes kunnskaper i matematikk og kunnskap, i tillegg til spørreskjemaer for elever, lærere og skolene. Testen omfatter emner elevene skal ha hatt på nivåene opptil 4. og 8. årstrinn. For å kunne vurdere elevenes kunnskaper har oppgavene en rekke ulike vanskelighetsgrader. Elevenes spørreskjemaer er utformet for å samle inn informasjon om studentenes bakgrunn og holdninger til skolegang og læring, informasjon om deres erfaringer fra klasserommet m.m. Lærerne og skolene blir blant annet spurt om tilretteleggingen av undervisningen, omfanget av undervisningen i matematikk og naturfag, skolepolitikk, lærernes bakgrunn og forberedelser.