Λίγες ώρες μετά την ωοληψία, πραγματοποιείται η γονιμοποίηση των ωαρίων από το δείγμα του σπέρματος ως εξής: το δείγμα προετοιμάζεται από τους εμβρυολόγους στο εργαστήριο και κατάλληλη ποσότητα του επεξεργασμένου δείγματος αναμειγνύεται με όλα τα ωάρια.
Τα ωάρια μαζί με τα σπερματοζωάρια επωάζονται στις κατάλληλες συνθήκες, δηλαδή σε συνθήκες παρόμοιες με αυτές που επικρατούν κατά την αντίστοιχη διαδικασία στη φυσική σύλληψη. Η γονιμοποίηση ελέγχεται το επόμενο πρωί: στα γονιμοποιημένα ωάρια παρατηρούνται 2 προπυρήνες. Το ποσοστό γονιμοποίησης είναι κατά μέσο όρο 65-70%, δηλαδή, αν ένα ζευγάρι έχει 10 ωάρια, περιμένουμε να γονιμοποιηθούν ομαλά (εμφάνιση 2 προπυρήνων) τα 6-7.
Το ποσοστό γονιμοποίησης (fertilization rate) μπορεί να διαφοροποιείται από ζευγάρι σε ζευγάρι. Μερικές φορές, χωρίς ιδιαίτερο λόγο, παρατηρείται αύξηση ή μείωση του ποσοστού γονιμοποίησης. Υπάρχουν ζευγάρια με πολύ χαμηλό ποσοστό γονιμοποίησης ή καθόλου γονιμοποίηση. Αν τα γονιμοποιημένα ωάρια είναι λίγα σε αριθμό, αλλά τα έμβρυα που αναπτύσσονται είναι καλής ποιότητας, τότε έχουμε εξίσου καλά ποσοστά επίτευξης εγκυμοσύνης.
Η πλήρης αποτυχία γονιμοποίησης είναι πιθανή, αλλά σπάνια. Τότε δυστυχώς δεν υπάρχουν έμβρυα προς μεταφορά. Αν κάτι τέτοιο συμβεί απρόσμενα, τότε το επόμενο βήμα είναι η συνάντηση του ζευγαριού με τον κο. Ευριπίδη Μαντούδη και τους εμβρυολόγους στο «γέννημα», προκειμένου να σχεδιάσουν από κοινού τις επόμενες ενέργειες. Μερικές φορές είναι απαραίτητες κάποιες επιπλέον εξετάσεις. Η αποτυχία της γονιμοποίησης μπορεί να οφείλεται στην ποιότητα των ωαρίων, στην ποιότητα των σπερματοζωαρίων ή ακόμα και στη δυσκολία συνδυασμού των ωαρίων και των σπερματοζωαρίων. Σε κάποιες περιπτώσεις, κρίνεται απαραίτητο η γονιμοποίηση σε επόμενο κύκλο εξωσωματικής γονιμοποίησης να γίνει με μικρο-γονιμοποίηση (βλ. πιο κάτω). Ωστόσο είναι σημαντικό να τονίσουμε ότι ούτε η μικρο-γονιμοποίηση δίνει λύση σε όλες τις περιπτώσεις, μπορεί και αυτή η τεχνική να αποτύχει, ειδικά αν το πρόβλημα εντοπίζεται στα ωάρια.
Η παραπάνω διαδικασία ονομάζεται «απλή εξωσωματική γονιμοποίηση» (απλό IVF) και χρησιμοποιείται όταν το δείγμα σπέρματος είναι «καλής ποιότητας», δηλαδή εμφανίζει φυσιολογικές τιμές σε διάφορες παραμέτρους (όγκος, αριθμός σπερματοζωαρίων, κινητικότητα, μορφές). Αν το δείγμα σπέρματος είναι κακής ποιότητας (χαμηλός αριθμός σπερματοζωαρίων, χαμηλή κινητικότητα κλπ), τότε χρησιμοποιείται η τεχνική της μικρο-γονιμοποίησης (βλ. πιο κάτω).
Όμως, στα πλαίσια της εξωσωματικής γονιμοποίησης στο εργαστήριο προτιμάται ο φυσικός τρόπος γονιμοποίησης (απλό IVF), αν το επιτρέπει η ποιότητα του σπέρματος, γιατί διατηρείται η φυσική επιλογή: το πιο δυνατό σπερματοζωάριο θα τα καταφέρει να γονιμοποιήσει το ωάριο, όπως συμβαίνει και στη φυσιολογική γονιμοποίηση στο σπίτι. Με τη μικρο-γονιμοποίηση, η έννοια της φυσικής επιλογής παραμερίζεται γιατί οι εμβρυολόγοι επιλέγουν ένα σπερματοζωάριο ανάμεσα σε εκατοντάδες άλλα όμοια, εισέρχεται δηλαδή ο ανθρώπινος παράγοντας.
