OPU işlemi sırasında aspire edilen folikül içeriği hemen laboratuvara gönderilir. Özel bir mikroskop ile incelenen bu sıvının içinde bulunan yumurta kültür sıvısının içine konarak inkübatöre kaldırılır. İnkübatör, sıcaklığı 37 oC, karbondioksit oranını da %5-6 düzeyinde sabit tutar. Olgun yumurta hücreleri 4-6 saat sonra döllenme için hazır hale gelmektedir. KOH sonrası çapı 18-22 mm arasında olan foliküllerin yaklaşık %80’inden döllenmeye uygun olgun yumurta elde edillebilmektedir.
Kadından oositlerin toplandığı esnada erkek de sperm verir. Sperm alınması içn en ideal yöntem mastürbasyondur. Menisinde canlı sperm bulunamayan kişilerde ise cerrahi olarak sperm aranır. Elde edilen meni özel bir kap içine alınır ve likefiye olması (sıvılaşması) beklenir. Likefiye olan meni, sperm sayısı, hareketliliği ve şekli yönünden incelenir.
Tüp bebek planlanan hastalarda en önemli kriterhareketli sperm sayısıdır. İncelenen sperm döllenme için hazırlanır. Sperm hazırlaması iki nedenden dolayı önemlidir. Bunlardan birincisi menide bulunan yabancı proteinleri temizlemek, ikincisi ise bazı reaksiyonları teteikleyerek spermin hiperaktif olmasını sağlamaktır.
Yumurta kültürü ve sperm hazırlanması tamamlandıktan sonra fertilizasyon işlemine geçilir. Spermler ile yumurtalar brraya bırakılırlar. Her bir yumurta hücresi için 20.000 sperm kullanılır. Sperm parametrelerinin bozuk olduğu durumlarda bu sayı arttırılabilir. Erkek faktörü varlığında veya nedeni açıklanamamış infertilite olgularında mikroenjeksiyon (ICSI) tercih edilmelidir.İşlemden 16-18 saat sonra döllenme olup olmadığı kontrol edilir. Döllenmiş yumurtada tek olan hücre sayısı ikiye çıkmıştır.
Döllenmiş yumurtalar tekrar kültür ortamına konur ve ileri aşamalara ulaşmaları beklenir. Uygun aşamaya gelindiğinde embryolardan kaliteli olanlarından belirli bir sayıda alınarak kadının rahmi içine transfer edilir.