Πρόκειται για τη γονιμοποίηση ενός ωαρίου από ένα σπερματοζωάριο σε τεχνητό περιβάλλον και όχι μέσα στο σώμα της γυναίκας. Η θεραπεία ξεκινάει σε προκαθορισμένη ημέρα του κύκλου και περιλαμβάνει τη χορήγηση ορμονών για τη διέγερση των ωοθηκών ώστε να αναπτύξουν πολλά ωοθυλάκια και όχι μόνο ένα  όπως γίνεται σε ένα φυσιολογικό κύκλο.

Μετά την πρώτη εβδομάδα και κάθε δύο ημέρες η γυναίκα υποβάλλεται σε υπερηχογράφημα προκειμένου ο ειδικός γιατρός να εξετάσει τον αριθμό και το μέγεθος των ωοθυλακίων καθώς και το πάχος του ενδομητρίου. Όταν τα ωάρια ωριμάσουν και το ενδομήτριο έχει το κατάλληλο πάχος για την εμβρυομεταφορά, χορηγείται μία ορμόνη η οποία προκαλεί την τελική ωρίμανση των ωαρίων και την απελευθέρωσή τους στο υγρό των ωοθυλακίων.

Η τήρηση του προγράμματος είναι σημαντική αφού καθυστέρηση στη χορήγηση ορμονών κατά 2 ή 3 ώρες μπορεί να προκαλέσει αυτόματη ρήξη των ωοθυλακίων. Η ωοληψία γίνεται 36 ώρες μετά την τελική ένεση. Ο σύζυγος παραδίδει την ίδια μέρα το σπέρμα στον εμβρυολόγο.

Τα ωάρια και τα σπερματοζωάρια τοποθετούνται μέσα σε θρεπτικό υγρό και κλείνονται μέσα σε ειδικούς επωαστήρες, όπου αφήνονται για 24 ώρες. Την επόμενη ημέρα ελέγχεται ο αριθμός των εμβρύων και μετά από μία ακόμα ημέρα ελέγχεται η ποιότητά τους. Τα ωάρια γονιμοποιούνται σε ποσοστό 60% έως 66%.

Η μεταφορά των εμβρύων γίνεται τη δεύτερη ή τρίτη ημέρα μετά τη ωοληψία, χωρίς τη χορήγηση αναισθησίας. Τα τελευταία χρόνια ολοένα και περισσότεροι προχωρούν στη μεταφορά βλαστοκύστης στη μήτρα, την 6η ημέρα μετά την ωοληψία.

Συνήθως τοποθετούνται 2 ή 3 έμβρυα στο ενδομήτριο ή και λιγότερα για να μειωθεί ο κίνδυνος πολλαπλής κύησης. Δεκαπέντε ημέρες μετά γίνεται ένα απλό τεστ κύησης για να διαπιστωθεί η επιτυχία ή όχι της θεραπείας.