Yumurta toplama işleminin ardından kadından alınan yumurta ve erkekten alınan spermler laboratuvar ortamında döllenir. İki türlü dölleme yöntemi vardır.

• Spermlerle yumurtalar bir araya bırakılırlar. Spermler yumurtaları kendileri döllerler. Buna klasik tüp bebek denilir.
• Her bir yumurta içine bir tane sperm mikroskop altında, özel yöntemlerle yerleştirilir. Buna intrastoplazmik sperm enjeksiyonu (ICSI) veya kısaca mikroenjeksiyondenilir. Sperm sayısının çok az olduğu, sperm işlevlerinin bozuk olduğu veya açıklanamayan infertilite durumlarında mikroenjeksiyon (ICSI) tercih edilmelidir.

 İşlemden 16 - 18 saat sonra döllenme olup olmadığı kontrol edilir.