Die methodische Anlage des Nationalen Bildungspanels lässt sich als Multi-Kohorten-Sequenz-Design beschreiben. Um mit Hilfe des Panels möglichst rasch relevante Ergebnisse zu erhalten, werden im Herbst 2010 vier Startkohorten gezogen, die sich auf Personen in einem bestimmten Abschnitt im Bildungssystem oder in einem bestimmten Alter beziehen. Die Stichprobenziehungen orientieren sich sowohl an den Übergängen im Bildungssystem als auch an den Übergängen zwischen Bildungssystem und Arbeitsmarkt. Die zentralen Übergänge sind der Eintritt in die Grundschule, der Übergang in das gegliederte Schulsystem, die Übergänge in die berufliche Ausbildung, die Aufnahme eines Studiums und die Arbeitsmarkteintritte von Absolventen der beruflichen Ausbildung und der Hochschulen. Eine Ausnahme ist die Startkohorte für den Bereich Weiterbildung im Erwachsenenalter, für die unabhängig von der aktuellen Bildungs- oder Arbeitsmarktbeteiligung bereits im Jahr 2009 eine Zufallsstichprobe von 23- bis 64-Jährigen gezogen und befragt wird. Außerdem wird mit dem Aufbau einer Kohorte Neugeborener begonnen, um frühkindliche Entwicklungen und den Eintritt in frühkindliche Betreuungsinstitutionen (Krippe, Kindergarten etc.) zu dokumentieren und zu analysieren. Da hier eine längere Vorlaufzeit für die Entwicklung der Instrumente notwendig ist, werden die ersten Haupterhebungen im Jahr 2012 stattfinden. Zusammenfassend werden in der ersten Förderphase, die bis 2013 dauert, bei den Personen der genannten sechs Startkohorten mindestens jährliche Erhebungen durchgeführt.
Die repräsentativen Ausgangsstichproben bestehen aus Neugeborenen, 4-jährigen Kindergartenkindern, Fünftklässlern, Neuntklässlern, Studienanfängern und 23- bis 64-Jährigen. Außerdem werden bei den Neugeborenen, den Kindergartenkindern und den Schülerinnen und Schülern in den unterschiedlichen Abschnitten des Schulsystems auch die Eltern und ausgewählte Erzieherinnen und Erzieher bzw. Lehrpersonen und Schulleitungen befragt. Damit werden am Ende der ersten Förderphase detaillierte Informationen zu folgenden Abschnitten des Bildungserwerbs im Lebenslauf vorliegen: (1) Die Entwicklung in den ersten beiden Lebensjahren, (2) vom Kindergarten über den Schuleintritt bis zur Mitte der Grundschule, (3) für die Jahrgangsstufen 5 bis 8 der Sekundarstufe I, (4) für die Jahrgangsstufen 9 und 10 und die Übergänge nach der neunten oder zehnten Jahrgangsstufe in die berufliche Ausbildung und den Arbeitsmarkt, (6) von der neunten Jahrgangsstufe in die gymnasiale Oberstufe mit den anschließenden Übergängen in Studium, Ausbildung und Arbeitsmarkt, (7) die Studienverläufe und Übergange in den Arbeitsmarkt oder in einen Masterstudiengang nach Erreichen des Bachelorabschlusses und (8) die Weiterbildungsverläufe und Arbeitsmarktkarrieren von Erwachsenen für einen Zeitraum von 5 Jahren.