Bu yönteme ingilizce Intra-Cytoplasmic Sperm Injection veya ICSI de denilmektedir. Özellikle ciddi sperm bozukluğu olan erkeklerin çocuk sahibi olmasına olanak sağlayan bu yöntem ilk kez 1992 yılında uygulanmaya başlandı.

Daha önce Konvansiyonel IVF ile gebelik şansı çok düşük veya imkansız olan erkeklerde Mikro-enjeksiyon yöntemi yeni bir çığır açmıştır.

Daha önce sperm analizinde 5 milyon/mL altında sperm sayısı olan veya sperm kalitesi çok düşük olan erkeklerin çocuk sahibi olma şansı ya çok az ya da hiç yoktu. 1992 yılından sonra mikroenjeksiyon uygulaması sonucu binlerce bebek dünyaya gelmiştir.

ICSI uygulanacak hastalar ile Konvansiyonel IVF uygulanacak hastalar aynı aşamalardan geçmektedir.

Hastanın kullandığı ilaçlar, ultrason takibi, yumurta toplama ve transfer işlemleri açısından Konvansiyonel IVF ve ICSI uygulamaları aynıdır.

ICSI'de farklı olarak laboratuar aşamasında yumurtaların spermatozoa ile birleştirilmesi değişik bir teknikle gerçekleştirilmektedir. Konvansiyonel IVF'te her yumurta yaklaşık 100,000 sperm ile biraraya getirilmekte, ancak bir tanesi kendiliğinden yumurta dış zarını aşarak içine girmekte ve onu döllemektedir. Buna karşılık, Mikro-Enjeksiyon veya ICSI'de her bir yumurtanın içine önceden belirlenen tek bir sperm hücresi bir iğne yardımıyla enjekte edilmektedir. ICSI işlemi, mikromanupilatör adı verilen cihazla yapılmaktadır.

• İleri düzeyde sperm sayı, hareket ve morfoloji bozukluğu olanlar: Sperm sayısı 5 milyon/mL altında olanlarda Konvansiyonel IVF yerine ICSI yapılmalıdır.
  
• Azoospermi yani sperm analizinde hiç sperm olmayan erkekler: PESA/MESA/TESE/TESA veya TESA yöntemleri ile direkt testis veya epididimden sperm elde edilir. Çok az sayıda da olsa bu şekilde elde edilen olgun spermler (spermatozoa) ICSI için kullanılabilmektedir.
• Daha önce Konvansiyonel IVF yöntemi ile döllenme meydana gelmemiş olan çiftler (total fertilizasyon failure).
  
• Embriyolarına Pre-implantasyon genetik tanı yapılacak çiftler.
  
• Bazı seçilmiş hastalarda gebelik şansını arttırmak için (şansı az olan çiftler).
  

Günümüzde pek çok merkezde ICSI rutin olarak tüp bebek uygulanan tüm hastalara yapılmaktadır.