Yumurta toplama işlemi günü erkekten alınan spermlerle dölleme işlemi yapılacaktır. Erkekten mastürbasyon yoluyla alınan menideki spermler bir kültür mediumunda yıkanarak hazırlanır. Yumurtalar da toplandıktan sonra mikroskop altında matüritesi (olgunluğu) yönünde incelenir ve yaklaşık 2-4 saat kadar inkübatörde bekletilir. Klasik IVF tekniği uygulanacaksa her bir yumurta 20-30 bin kadar sperm ile özel hazırlanan bir kültür ortamında bir arada bırakılır ve inkübatöre konulur. Mikroenjeksiyon (ICSI) tekniğinde ise her bir yumurtanın içine tek bir sperm ince bir pipet ile enjekte edilir. Yaklaşık 16-18 saat sonra inkübatörden çıkarılır ve mikroskop ile döllenme olup olmadığı kontrol edilir. Eğer iki pronukleus (biri yumurtadan diğeri spermden) görülürse yumurtanın döllendiği söylenir ve zigot adını alır. Zigot daha sonra bölünmeye başlar ve sırasıyla 2, 4 ve devam eden sayılarda hücrelere bölünür. Yumurta toplama işleminden 48-72 saat sonra bir embriyo 4-8 hücreli olmuştur ve rahme transfer edilebilir. Fakat bazen döllenen yumurta hücre bölünmesine devam etmez ve arrest embriyo adı verilen bu durumda o embriyo transfer edilmez.