Această metodă este indicată în cazurile bărbaților cu oligoastenoteratozoospermie severă, precum și în azoospermie (absența spermatozoizilor). Prin biopsia testiculară (TESE și micro-TESE) avem posibilitatea de a prelua spermatozoizi direct din testicule. Biopsia testiculară clasică (TESE), care are acces la țesutul testicular, este metoda utilizată în toți acești ani. Micro-TESE este evoluția metodei și privește prelevarea spermatozoizilor din tubii seminiferi, cu ajutorul unui microscop special. În acest mod crește procentul de găsire a spermatozoizilor în comparație cu metoda clasică. Este considerată o intervenție de complexitate redusă, se efectuează sub sedare ușoară și nu necesită spitalizarea pacientului.