Der Sachunterricht will in die Welt der „Sachen“ einführen, wobei dies nicht rein gegenständlich gemeint ist. Zu den „Sachen“ der naturwissenschaftlichen Bildung gehören neben der physischen Welt vor allem Vorstellungen, Theorien und Wissensbestände (vgl. Köhnlein 2007). Darüber hinaus sollen dem Schüler Haltungen vermittelt werden. Die für den Sachunterricht spezifische Haltung ist die der Sachlichkeit. Als ein Aspekt der Sachlichkeit nennt Köhnlein (2007) die Prüfung „eigener Wahrnehmungen und Interpretationen […] im Hinblick auf Nachvollziehbarkeit“ (ebd., S. 93), die für die naturwissenschaftliche Bildung und insbesondere für das Experiment von großer Wichtigkeit ist.
Weitere Aufgabenbereiche des Sachunterrichts sind Kompetenzen, Weltverstehen, Erfassen von Konzepten sowie Werte/Normen.
Nach dem Teilrahmenplan Sachunterricht (2006) soll der Sachunterricht Kinder befähigen kompetent zu handeln und zu urteilen (Kompetenzen). Dies umfasst sowohl Faktenwissen und Fähigkeiten als auch normative Aspekte und metakognitives Wissen (vgl. GDSU 2003, Teilrahmenplan Sachunterricht 2006). Somit zielt er „über den bloßen Erwerb von Kenntnissen und Fertigkeiten hinaus auf die Förderung des Verstehens“ (GDSU 2003, S. 4).
Neben der Förderung nicht-sachunterrichtsspezifischer Kompetenzen, wie kommunikative und soziale Kompetenz, soll der Sachunterricht weitere Kompetenzen aus den fünf Erfahrungsbereichen bzw. Perspektiven fördern.

Nach dem aktuellen Rahmenplan will der Sachunterricht z. Bsp. zur Entwicklung folgender Kompetenzen beitragen (vgl. Teilrahmenplan Sachunterricht Rheinland-Pfalz 2006, S. 10f):
- Naturphänomene sachorientiert wahrnehmen, beobachten, benennen und beschreiben.
- Ausgewählte Naturphänomenen mit Hilfe von fachlich gesichertem Wissen und Modellvorstellungen erklären können.
Der Perspektivrahmen Sachunterricht (2002) nennt darüber hinausgehend noch die Kompetenz „Fragehaltung aufbauen, Probleme identifizieren und Verfahren der Problemlösung anwenden.“ Im Perspektivrahmen Sachunterricht (2002) werden auch die Kompetenzen im Zusammenhang mit der wissenschaftliche Methode deutlicher bzw. eindeutiger genannt als im Rahmenplan: Entwickeln und formulieren von Vermutungen sowie entwerfen, durchführen und auswerten von Versuchen. Gleiches gilt für den Bereich der formalen Aspekte, der im Rahmenplan fehlt.

Das zweite von Köhnlein (2007) formulierte Ziel des Weltverstehens umfasst „jene Aufgaben, die über den Aufbau von Kompetenzen hinausweisen“ (ebd., S. 95). Diese ermöglichen den Kindern über den Horizont ihrer Lebenswelt zu schauen und Einblicke in die unterschiedlichsten Bereiche der Gesellschaft zu gewinnen. Dies umfasst natürlich auch physikalisch-technische und chemische Aspekte.

Als dritte Aufgabe des Sachunterrichts nennt Köhnlein (ebd.) Erfassen von Konzepten (bzw. Repräsentationsformen und Kategorien). Die Repräsentationsformen, die (nicht nur) im Sachunterricht erfasst werden sollen, sind die enaktive, die ikonische sowie die symbolische Repräsentation. Im Hinblick auf die naturwissenschaftliche Bildung kommt dem handelnden Zugang eine besondere Bedeutung zu, da sich Natur besonders gut durch den Umgang mit Realien verstehen lässt. Aber auch die ikonische Ebene ist für das Verständnis naturwissenschaftlicher Phänomene und Abläufe von großer Bedeutung (vgl. Einsiedler 2002). Zu den Kategorien zählt Köhnlein (2007) auch Interpretationsmuster, Denkmodelle und Begriffe. Diese sind Bestandteile der Vorstellungen (Konzepte) von Kindern.

Zum vierten und letzten Aufgabenfeld nach Köhnlein (2007), den Verfahren und Methoden, zählen die Problemlösungsstrategie. In der einfachsten Form des trial-and-errors (Versuch und Irrtum) wird diese bereits von ungeschulten Kindern umgesetzt (ebd.). Die wissenschaftliche Methode ist die Problemlösungsstrategie im Bereich der Naturwissenschaften. Sie umfasst das systematische Vorgehen beim Planen, Durchführen und Auswerten eines Experimentes. So ist dieser Aufgabenbereich für die naturwissenschaftliche Bildung von besonderer Bedeutung.
Weitere Ziele (nicht nur des) naturwissenschaftlichen Unterrichtes ist die Anschlussfähigkeit des Wissens (vgl. Kircher 2007). Die Inhalte sowie die erlernten Kompetenzen sollen den Fachunterricht in den weiterführenden Schulen vorbereiten bzw. grundlegen. Eine weitere Forderung formuliert Zolg (2007) für den technischen Unterricht, welcher nach Ansicht des Autors jedoch auch für den physikalisch-technischen Unterricht gilt. Zolg fordert die Überwindung geschlechtsspezifischer Unterschiede und verweist auf Untersuchungen, wonach sowohl das Interesse als auch die Fähigkeiten von Mädchen gezielt gesteigert werden konnten (vgl. Zolg 2007).