Если другие виды лечения не позволяют достичь беременности, все больше бесплодных пар прибегает к оплодотворению in vitro (в пробирке). Эта процедура включает стимуляцию яичников, получение яйцеклеток, оплодотворение яйцеклеток, выращивание эмбриона в лаборатории и затем внедрение эмбриона в матку женщины.

Как правило, используется сочетание кломифена, человеческих менопаузальных гонадотропинов и агонистов гонадотропин-рилизинг-гормона (препаратов, которые стимулируют высвобождение гонадотропинов из гипофиза) для стимуляции яичников таким образом, чтобы созрело много яйцеклеток. Под контролем ультразвука врач вводит иглу через влагалище или стенку живота в яичник и получает несколько яйцеклеток из фолликулов. В лаборатории яйцеклетки помещают в специальную лабораторную посуду и оплодотворяют отмытой спермой. Приблизительно через 40 часов три или четыре эмбриона вводят в полость матки женщины через влагалище и канал шейки матки. Другие эмбрионы могут быть заморожены в жидком азоте и затем использованы позднее, если беременность не возникнет. Несмотря на введение нескольких эмбрионов, вероятность рождения одного доношенного младенца составляет только 18-25% при каждом помещении яйцеклеток в матку.

Если причина бесплодия неясна или выявлен эндометриоз при нормальном функционировании маточных труб, то может быть сделан внутритрубный перенос гамет (GIFT). Яйцеклетки и отмытую сперму получают таким же способом, как для оплодотворения in vitro, но яйцеклетки не оплодотворяют спермой в лаборатории. Вместо этого яйцеклетки и сперму вводят в ампулярный (дальний) конец маточной трубы женщины через брюшную стенку (с использованием лапароскопии) или через влагалище (под контролем ультразвука), чтобы яйцеклетка могла быть оплодотворена в маточной трубе. В большинстве центров по проблемам бесплодия вероятность успеха при каждой такой процедуре составляет 20-30%.

Разные варианты оплодотворения in vitro и GIFT включают перемещение более зрелого эмбриона (внутритрубный перенос зигот), использование донорских яйцеклеток и перемещение замороженных эмбрионов матери-донора. Использование этих методов сопряжено с моральными и этическими проблемами, в том числе вопросами относительно распоряжения консервированными эмбрионами (особенно в случаях смерти или развода), юридических аспектов родительских прав, если используется мать-донор, и избирательного уменьшения числа внедренных эмбрионов (наподобие аборта) в случаях, когда их развивается больше трех.