Skolerne bliver udvalgt efter det der inden for fagterminologien kaldes en stratificeret klyngeudvælgelse, hvor skoler der ligner hinanden på udvalgte karakteristika, samles i grupper, således at man sikrer en bred fordeling på tværs af typer.
Stikprøvedesignet består af to faser. I den første fase bliver skolerne først sorteret i de valgte strata. I Danmark har vi adgang via Datavarehuset til karaktergennemsnit fra afgangsprøverne, og dette betragtes som en stærk indikator for resultat også i tests. I ICILS 2018 bliver skolerne delt i fem grupper efter karaktergennemsnit (fire ligeligt fordelte grupper, samt en gruppe af skoler for hvem gennemsnittet ikke kendes). Dernæst bliver skolerne udtrukket til at deltage på baggrund af en PPS-procedure (probability proportional to size, hvor størrelse måles som antal elever indskrevet på skolen). Derved sikres en spredt fordeling på tværs af skolestørrelser således at skoler med mange elever havde tilsvarende større sandsynlighed for at deltage, end skoler med få elever.
Det nødvendige antal skoler for at opnå en tilfredsstillende præcision på stikprøveestimaterne bliver vurderet på baggrund af de respektive landes karakteristika. I de fleste lande – og også i Danmark – blev det vurderet som passende at skolestikprøven bestod af 150 skoler for få tilpas præcise estimater. Landene kan dog ønske at få særlig viden om undergrupper, fx privatskoler eller skoler med mange immigranter, og i sådanne tilfælde vil de sample flere skoler (“oversample”) inden for dette område. Ud over de 150 skoler bliver der for hver skole udtrukket to erstatningsskoler af samme type, så de kan træde i stedet i tilfælde af at de udtrukne skoler ikke kan deltage.
I anden fase af stikprøveudtrækket bliver der inden for hver deltagende skole tilfældigt udtrukket en tilfældig klasse. Blandt lærerne bliver anden fase i stikprøveudtrækket gennemført på følgende måde: Inden for hver deltagende skole bliver 15 lærere tilfældigt udvalgt blandt alle lærere som underviser på målklassetrinnet. På skoler med færre end 20 lærere på klassetrinnet bliver samtlige lærere inviteret til at deltage. Da der i undersøgelsen ikke lægges op til at forbinde viden fra lærerne med individuelle elever, blev lærerne altså udtrukket uafhængigt af om de underviser de udvalgte elever, eller hvilket fag de underviser i på klassetrinnet.
IEA-undersøgelserne stiller meget høje krav til deltagelsesgraden. I ICILS er dette krav på 85 procent af de udvalgte skoler og 85 procent af de udvalgte elever inden for de deltagende skoler eller en vægtet samlet deltagelsesgrad på 75 procent. De samme kriterier gælder for lærerstikprøven, men dækningen bliver vurderet uafhængigt af elevstikprøven.
