Η γυναίκα υποβάλλεται σε φαρμακευτική αγωγή προκειμένου να διεγερθούν οι ωοθήκες της και να παράγουν πολλά ωοθηλάκια. Στη συνέχεια, την κατάλληλη χρονική στιγμή γίνεται η ωοληψία και ακολουθεί η γονιμοποίηση των ωαρίων από το δείγμα σπέρματος στο εργαστήριο από τους εμβρυολόγους. Τα γονιμοποιημένα ωάρια καλλιεργούνται σε κατάλληλα καλλιεργητικά μέσα και αναπτύσσονται σε έμβρυα. Τα τρυβλία με τα γονιμοποιημένα ωάρια (ζυγώτες) τοποθετούνται σε επωαστικό κλίβανο για 2-5 ημέρες, υπό ειδικές συνθήκες, ώστε τα έμβρυα να διανύσουν τα πρώτα στάδια της ανάπτυξής τους. Μετά, τα έμβρυα μεταφέρονται πίσω στη μήτρα της γυναίκας (εμβρυομεταφορά) και 12 μέρες μετά την εμβρυομεταφορά ακολουθεί το τεστ κύησης για να διαπιστωθεί η εγκυμοσύνη.

Η διέγερση των ωοθηκών κατά τη διάρκεια της εξωσωματικής γονιμοποίησης συνίσταται στη χορήγηση καθημερινών ενέσεων που προκαλούν τις ωοθήκες, αντί να παράγουν ένα μόνο ωοθυλάκιο, να παράγουν πολλά περισσότερα έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί ένας μεγαλύτερος αριθμός ωαρίων. Η θεραπεία διαρκεί από 8 έως 12 ημέρες, ανάλογα με το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται και την ταχύτητα της ανταπόκρισης της κάθε ασθενούς. Κατά τη διάρκεια της θεραπείας, πραγματοποιούνται μια σειρά από 3 ή 4 υπερηχογραφήματα και καθώς και μετρήσεις ορμονών με σκοπό να ελεγχθεί ότι υπάρχει φυσιολογική ανάπτυξη των ωοθυλακίων.

Ωοληψία είναι η διαδικασία λήψης των ωαρίων από τις ωοθήκες. Όταν έχουμε αποδείξεις μέσω των υπερηχογραφημάτων πως τα ωοθυλάκια έχουν φθάσει σε ικανοποιητικό μέγεθος και θεωρούμε ότι υπάρχει ένας κατάλληλος αριθμός, προγραμματίζεται ωοληψία 36 ώρες μετά τη χορήγηση μιας ένεσης χοριακής γοναδοτροπίνης, η οποία προκαλεί ωρίμανση των ωαρίων με παρόμοιο τρόπο όπως σε ένα φυσικό κύκλο.

Πραγματοποιείται στο χειρουργείο υπό μέθη, έτσι ώστε η γυναίκα δεν αισθάνεται κανενός είδους ενόχληση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, η οποία διαρκεί περίπου 15 λεπτά.

Η ωοληψία διενεργείται διακολπικά, υπό συνεχή υπερηχογραφικό έλεγχο. Τα ωοθυλάκια παρακεντώνται διαδοχικά μέσω μιας βελόνης, που διαπερνά το τοίχωμα του κόλπου. Το περιεχόμενο του κάθε ωοθυλακίου αναρροφάται σε ειδικά σωληνάρια και παραδίδεται αμέσως στο εμβρυολογικό εργαστήριο.

Ο εμβρυολόγος εντοπίζει τα ωάρια, τα απομονώνει από το ωοθυλακικό υγρό και τα τοποθετεί σε ειδικά μικρά δοχεία, που ονομάζονται τρυβλία και περιέχουν ειδικό καλλιεργητικό θρεπτικό μέσον. Τα τρυβλία εν συνεχεία τοποθετούνται σε επωαστικό κλίβανο υπό τις κατάλληλες συνθήκες καλλιέργειας (σκοτάδι, θερμοκρασία 37ºC, ατμόσφαιρα 5% CO2, υγρασία 100%).

Ανάλογα με το πάχος, το μέγεθος και την πυκνότητα των κοκκιωδών στοιβάδων, οι εμβρυολόγοι είναι δυνατόν να εκτιμήσουν κατά προσέγγιση την ωριμότητα των ωαρίων. Το ωάριο πρέπει να έχει ωριμάσει και ως προς το περιεχόμενο του πυρήνα του. Ένα ωάριο που έχει ωριμάσει από χρωμοσωματική άποψη (πυρηνική ωρίμανση), έχει ουσιαστικά αποβάλει τη δεύτερη σειρά των χρωμοσωμάτων του με τη μορφή ενός μικρού κυττάρου, το οποίο βρίσκεται κι αυτό κάτω από τη διαφανή ζώνη. Το κύτταρο αυτό ονομάζεται πολικό σωμάτιο. Η παρουσία του πολικού σωματίου σημαίνει ότι το ωάριο είναι ώριμο.

Η χορήγηση σπέρματος από το σύντροφο με αυνανισμό γίνεται αμέσως μετά την ωοληψία. Είναι απαραίτητο και σημαντικό να έχει προηγηθεί αποχή από εκσπερμάτιση για 2-5 ημέρες. Αμέσως μετά τη σπερμοληψία, ακολουθεί ειδική επεξεργασία (ενεργοποίησης-συμπύκνωσης), με την οποία επιλέγονται τα πλέον κινητά και μορφολογικώς υγιή σπερματοζωάρια. Η μέθοδος συνίσταται σε μια σειρά φυγοκεντρήσεων, κατά τις οποίες χρησιμοποιείται ένα πυκνόρρευστο διάλυμα κολλοειδούς (π.χ. pure sperm).Μετά την επεξεργασία, τα σπερματοζωάρια παραμένουν σε θρεπτικό υγρό μέσον υπό συνθήκες καλλιέργειας, μέχρις ότου τοποθετηθούν σε επαφή με τα ωάρια.

Μετά τη συλλογή των ωαρίων και του σπέρματος ξεκινάει η γονιμοποίηση των ωαρίων στο εργαστήριο με απλή γονιμοποίηση (κλασσική IVF). Εάν υπάρχει έντονο πρόβλημα με τον αριθμό ή την κινητικότητα του σπέρματος, τότε χρησιμοποιείται η ενδοκυτταροπλασματική έγχυση σπερματοζωαρίου (ICSI).

Μερικές ώρες μετά την ωοληψία, ο εμβρυολόγος τοποθετεί συγκεκριμένο αριθμό ενεργοποιημένων σπερματοζωαρίων σε κάθε τρυβλίο καλλιέργειας που περιέχει τα ωάρια μέσα σε θρεπτικό καλλιεργητικό υλικό. Στην κλασσική μέθοδο εξωσωματικής γονιμοποίησης δεν πραγματοποιείται καμία άλλη παρέμβαση. Τα σπερματοζωάρια έρχονται σε επαφή με το ωάριο μόνα τους και ένα από αυτά διεισδύει μέσα του και το γονιμοποιεί.

Αυτή είναι μια μικροεπεμβατική μέθοδος κατά την οποία κάτω από ένα πολύ ισχυρό μικροσκόπιο ανοίγεται μια οπή, στο περίβλημα του ωαρίου, δια μέσου της οποίας εισάγεται το σπερματοζωάριο.

Η μέθοδος εφαρμόζεται διεθνώς με επιτυχία από το 1992 και είναι κατανοητό ότι παρακάμπτει σχεδόν στο σύνολό τους τα αίτια υπογονιμότητας που σχετίζονται με τον άνδρα. Η τεχνική αυτή έχει δώσει τη λύση σε ζευγάρια όπου υπάρχει έντονος ο ανδρικός παράγοντας υπογονιμότητας. Χρειάζεται μόνο ένα σπερματοζωάριο, ακόμα και χαμηλής κινητικότητας, προκειμένου να επιτευχθεί γονιμοποίηση του ωαρίου.

Υπάρχουν δύο ακόμη νέες μέθοδοι οι οποίες εξασφαλίζουν τη σωστή επιλογή και χρήση των πιο ποιοτικών και λειτουργικών σπερματοζωαρίων και βελτιώνουν τα ποσοστά επιτυχίας. Πρόκειται για την IMSI και την PICSI.

Με την πρώτη μέθοδο, την IMSI (ενδοκυτταροπλασματική έγχυση μορφολογικά επιλεγμένων σπερματοζωαρίων) επιλέγονται με ειδικό -υψηλής ανάλυσης- μικροσκόπιο (το οποίο παρέχει μεγέθυνση 6.000 φορές μεγαλύτερη από αυτή στην μέθοδο ICSI) τα άρτια μορφολογικά σπερματοζωάρια και στη συνέχεια τοποθετούνται εντός του ωαρίου.

Η σωστή αυτή μορφολογία φαίνεται ότι συσχετίζεται με σπερματοζωάρια που έχουν σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων και επομένως με τη δημιουργία εμβρύων που έχουν κι αυτά σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων.

Με τη μέθοδο PICSI, το σπέρμα επιλέγεται ανάλογα με το αν δεσμεύεται ή όχι στην ουσία hyaluronan hydrogel, η οποία καλύπτει το τρυβλίο μέσα στο οποίο τοποθετούμε το σπέρμα. Βάσει του δεδομένου ότι μόνο το ομαλό, με σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων και χαμηλό ποσοστό κατακερματισμού DNA, σπέρμα συνδέεται με την ουσία αυτή, επιλέγονται εύκολα από τον εμβρυολόγο τα ποιοτικά σπερματοζωάρια και ακολουθεί η μικρογονιμοποίηση.

Είναι η μεταφορά των γονιμοποιημένων πλέον ωαρίων από τη 2η έως την 5η μετά τη γονιμοποίηση μέρα μέσα στην ενδομητριακή κοιλότητα με τη βοήθεια ενός λεπτού πλαστικού καθετήρα, υπό υπερηχογραφικό έλεγχο, με όσο πιο ατραυματικό τρόπο γίνεται.