在体外受精-胚胎移植的基础上，通过将精子注射进卵细胞胞质内，取代自然受精过程，完成受精的技术过程。俗称第二代试管婴儿。
该技术于1992年首先由G.D.巴勒莫报道。ICSI的适应证有：
①严重男性不育，如少精、弱精、畸精症，无精症（睾丸活检有活精子）；
②常规体外受精-胚胎移植的受精率极低或受精失败。
用于ICSI治疗的精子可来自射出的精液，也可来自附睾或睾丸穿刺抽吸精。ICSI技术相较于经典的体外受精-胚胎移植，对辅助生殖实验室技术要求更高，在常规体外培养基础上，需要对卵母细胞进行去卵丘结构处理，观察卵细胞的成熟情况，然后通过显微操作针吸取经过优化处理的精子，穿刺针逐一穿过成熟卵母细胞的透明带及卵膜，将精子注射进卵细胞质内，完成操作后16～18小时观察卵子的完整性及受精情况，受精后再培养24～48小时观察卵裂情况，然后择优移植胚胎。利用射出精子行ICSI的受精率为60%～70%，利用冻融精或穿刺精行ICSI的受精率则稍低。ICSI可有效治疗严重男性不育，但部分男性不育与染色体异常相关，故在行ICSI治疗前，需常规行男方染色体检查以排除男方染色体异常。