본 연구에서는 2003년도에 46개국에 참여한 TIMSS 2003 연구에서 지구과학 영역의 성취도를 주제별, 문항 유형별, 인지영역별로 분석하였다. 또한 문항 수준에서 국제평균과의 정답률 차이가 큰 문항과 남녀 정답률 차이가 큰 문항을 분석하였다. 우리나라 학생들은 모든 유형별로 국제평균보다 유의하게 높은 정답률을 나타내었고, 인지 영역별로는 우리나라 중학생들은 지구과학 영역에서 천문학 관련 주제 및 추론과 분석 영역에서 강세를 나타내었다. 우리나라의 정답률이 국제평균 정답률보다 낮게 나타난 5개 문항을 분석한 결과, 우리나라 중학생은 이해하고 있는 내용을 그림이나 도식으로 표현하는 데 미숙함을 알 수 있었다. 우리나라 여학생들은 사실적 지식을 묻는 선택형 문항에서 남학생들 보다 정확한 정보를 회상해 내는 데 어려움을 겪고 있으며, 학습하지 않은 내용에 대하여 어려워하는 경향이 남학생보다 크다는 것을 추정할 수 있다 연구 결과를 토대로 우리나라 교육과정의 지구과학 내용 구성과 교수학습 방법 개선에 대한 제언을 제시하였다.