Provádí se pod speciálně upraveným mikroskopem při mnohonásobném zvětšení pomocí mikrojehly, pomocí které je jedna jediná spermie vpravena přímo do cytoplasmy zralého vajíčka. Oplodněná vajíčka jsou pak přenesena do dělohy nebo jsou zamražena pro případné pozdější použití.
Vhodné spermie pro metodu ICSI jsou odebrány z ejakulátu či přímo z varlat po posouzení jejich kvality zkušeným embryologem. Spermie mohou pocházet, jak z čerstvého, tak ze zamraženého vzorku. Oplození metodou ICSI probíhá u všech získaných, zralých vajíček v den jejich odběru nebo po rozmražení.
Vzhledem k výraznému zvýšení pravděpodobnosti otěhotnění je v současnosti metoda ICSI prováděna u většiny IVF terapií.