A coleta dos óvulos é realizada através de punção dos ovários com agulha acoplada ao ultrassom transvaginal, sob leve sedação. Os óvulos, que se encontram no líquido folicular aspirado, são encaminhados ao laboratório de embriologia, anexo à sala de coleta, onde são classificados e ambientados em um meio de cultivo especial, sob condições laboratoriais controladas. Depois de 2 a 4 horas, o excesso de células que circundam o óvulo é retirado e os óvulos que forem classificados como maduros estarão prontos para a fertilização.
Diferente da FIV Clássica, para ICSI apenas um espermatozoide é necessário para fertilizar cada óvulo coletado, portanto isso possibilita que a coleta de sêmen seja realizada por masturbação, aspiração diretamente do testículo ou do epidídimo ou microcirurgicamente. Ainda há a possibilidade do descongelamento de amostras seminais previamente criopreservadas. O sêmen obtido é processado no laboratório, para que sejam selecionados os melhores espermatozoides em termos de motilidade e morfologia.
A fertilização na ICSI ocorre quando um espermatozoide aspirado em uma agulha é injetado diretamente no óvulo, com auxilio de microscópio e um profissional especializado. No dia seguinte é feita a confirmação do número de óvulos que foram fertilizados e a partir desse momento inicia-se o desenvolvimento do embrião no laboratório, em condição ótima e controlada. A transferência desses embriões para a cavidade uterina da mulher é realizada entre 3 a 5 dias após a coleta dos óvulos, através de um fino cateter, sem necessidade de sedação. Cerca de 10 a 12 dias após a transferência embrionária, a dosagem de beta-hCG no sangue na mulher é realizada para confirmação da gravidez.
Assim como na FIV, o número de embriões que serão transferidos para cada mulher depende da qualidade dos embriões formados, da idade da mulher e do desejo do casal, que é combinado previamente com o médico. Caso haja um excesso de embriões, eles podem ser criopreservados e transferidos futuramente em um novo ciclo menstrual natural ou induzido por medicamentos. A paciente deve estar ciente que a transferência de mais de um embrião aumenta a chance de gravidez, mas também a chance de gestação múltipla.
A ICSI está indicada, principalmente, nos casos de fator masculino grave, quando a quantidade de espermatozoides é muito baixa ou ausente na ejaculação, podendo ser obtido através da extração direta dos testículos e epidídimos. Como o procedimento auxilia o processo de fertilização, através da injeção direta de um espermatozoide no citoplasma do óvulo, a ICSI também é indicada para aumentar o número de óvulos fertilizados, independente do tipo de infertilidade do casal, e principalmente em idade materna avançada. Essa técnica também é necessária quando os óvulos foram previamente criopreservados, pois a penetração do espermatozoide, no caso de FIV clássica, fica prejudicada.
Dezenas de milhares de crianças já foram concebidas através de ICSI. Atualmente, a maioria dos estudos realizados indica que essa técnica é segura e que as crianças concebidas por meio de ICSI não têm maior probabilidade de sofrer de um defeito hereditário do que as crianças concebidas de outras formas.