Tratamentul prin fertilizare in vitro se bazează pe prelevarea ovulelor din ovarele femeii și fecundarea lor cu spermatozoizii bărbatului în laborator, de către personal embriologic specializat.

Pentru a se produce mai multe ovule decât unicul ovul produs în mod normal în fiecare ciclu al femeii, i se administrează un tratament medicamentos hormonal special, care stimulează ovarele să producă, în medie, 6-8 ovule. Pe durata tratamentului medicamentos, femeia este monitorizată prin ecografii pentru a se evalua momentul în care ovulele sunt mature și pregătite pentru fecundare. Timpul mediu necesar pentru finalizarea pregătirii ovulelor pentru prelevare este de 12-14 zile de tratament. 
Prelevarea ovulelor se face transvaginal, sub sedare ușoară, durează câteva minute, iar fecundarea lor începe la câteva ore după prelucrarea și îmbogățirea spermei. După aproximativ 24 de ore, embriologul observă la microscop câte ovule au fost fecundate normal și reevaluează a doua zi câte dintre ovulele fecundate încep să se divizeze normal. Dintre acestea, embrionii fecundați normal și divizați, se selectează unul până la doi, care sunt transferați în uter, la două sau trei zile după prelevarea ovulelor. Plasarea embrionilor este o procedură scurtă, care nu necesită anestezie și se realizează sub ghidaj ecografic, pentru a confirma exact locul plasării în uterul femeii. După trecerea a 2 săptămâni se face testul de sarcină prin analiză de sânge. Pe durata tratamentului pentru pregătirea ovulelor și a prelevării acestora, femeia poate continua să lucreze normal, iar după plasarea embrionilor se recomandă ca femeia să se odihnească în primele zile și să evite efortul fizic intens, pentru a maximiza șansele de concepție.