A coleta dos gametas masculinos é realizada no dia da punção ovariana por meio de masturbação. Caso não haja espermatozoides no sêmen, como nos casos de azoospermia, é possível coletá-los diretamente dos epidídimos ou dos testículos com as técnicas PESA e MESA e TESE e Micro-TESE.
A amostra seminal passa por uma análise laboratorial para que sejam utilizados apenas os melhores espermatozoides.
Na ICSI, o processo é realizado mediante o micromanipulador de gametas, um aparelho de alta precisão dotado de microscópio e agulha extremamente fina para que o embriologista consiga capturar o espermatozoide e injetá-lo diretamente no citoplasma do óvulo.
Atualmente, a ICSI praticamente substituiu a FIV clássica, uma vez que as taxas de sucesso são mais altas.