A fecundação pode ser realizada por inseminação (FIV clássica), na qual os espermatozoides móveis são colocados junto aos óvulos e incubados, ou pela injeção intracitoplasmática de espermatozoide (ICSI), em que um único espermatozoide é injetado diretamente em cada óvulo maduro. A ICSI é executada geralmente quando há possibilidade de fecundação reduzida. É o que ocorre quando a qualidade do sêmen é pobre ou quando o paciente já tem antecedente de falha de fecundação em um ciclo prévio de FIV, por ausência de espermatozoides no sêmen ejaculado.
Assim como a FIV clássica foi uma revolução no tratamento de quem tem obstruções tubárias, a ICSI foi uma revolução no tratamento do fator masculino. As taxas totais, de gravidez e de nascimentos, com a ICSI são similares às taxas relativas à FIV tradicional. Para a paciente, o tratamento com a ICSI não difere do da FIV; é igual em termos de estimulação ovariana, coleta de óvulos e transferência embrionária. A diferença entre ambos está na manipulação dos gametas no laboratório. A visualização de dois pronúcleos no dia seguinte à aspiração confirma a fecundação do óvulo. Um pronúcleo é derivado do óvulo e o outro, do espermatozoide.
Aproximadamente, de 40% a 70% dos óvulos maduros fertilizam após a FIV ou a ICSI. Taxas menores podem ocorrer se a qualidade do esperma e/ou do óvulo for menor.
Em casos mais raros, a fecundação não ocorre em nenhum óvulo, mesmo quando a ICSI é utilizada.
Dois dias após a recuperação do óvulo, ele já se dividiu para se transformar em embrião de duas a quatro células. No terceiro dia, um embrião terá em torno de seis a dez células. E por volta do quinto dia, uma cavidade cheia de líquido se forma no interior do embrião, e os tecidos da placenta e fetal começam a se separar. Nessa fase, o embrião é chamado de blastocisto.