Cette technique est utilisée en cas d'impossibilité d'obtenir des embryons par simple mise en présence des gamètes in vitro (FIV). Elle s'applique lorsque le sperme présente un déficit sévère, voire complet, en spermatozoïdes. Dans ce dernier cas, les gamètes mâles sont prélevés dans le testicule, par ponction.
L'ICSI consiste à introduire directement un spermatozoïde dans un ovocyte prélevé chez la femme. Le reste du processus est identique à celui de la FIV.
Le taux de naissance par tentative atteint 19,5%.