试管婴儿技术的关键第一步是获取优质的精子与卵子。对于女性，需先进行促排卵治疗，通过注射激素药物刺激卵巢，促使多个卵泡同步发育。医生会通过阴道B超密切监测卵泡大小和激素水平，待卵泡成熟时，安排注射破卵针。约36小时后，在静脉麻醉下，经阴道B超引导，用取卵针穿刺卵巢，将卵泡液吸出，从中捡拾出卵子。整个过程通常仅需10-20分钟。
对于男性，取精步骤相对简单。通常在取卵同日，通过手淫方式采集新鲜精液。若存在取精困难或精液质量问题，则可能采用睾丸穿刺术直接获取精子。取出的精液需在实验室中进行优化处理，筛选出活力强、形态正常的精子，以备后续使用。
获取精卵后，实验室胚胎师将在显微镜下进行单精子卵胞浆内注射（ICSI），即将一条优质精子直接注入一个成熟卵子内，完成受精。这是目前最主流的受精方式，尤其适用于男性不育因素。
受精后的卵子成为受精卵，将被放入模拟人体环境的培养箱中继续发育。通常在第1天观察是否正常受精（出现两个原核），第3天发育成含有6-8个细胞的卵裂期胚胎，第5-6天则可能发育成结构更复杂的囊胚。在此过程中，胚胎师会持续评估胚胎的形态、分裂速度和碎片率，筛选出最具发育潜能的优质胚胎。
最终，根据患者年龄、胚胎质量和身体情况，选择1-2个最佳胚胎，在B超引导下用细管移植回子宫腔内。剩余的优质胚胎可进行冷冻保存，以备未来使用。至此，从取精取卵到胚胎培育的关键实验室环节完成，后续则是等待胚胎在母体内着床和妊娠的确认。
