عملية الحقن المجهري (ICSI) هي عملية جديدة في علم الطب الحديث للإخصاب الإصطناعي، وتكون هذه العملية بحقن حيوان منوي واحد داخل سيتوبلازم البويضة مباشرة بواسطة إبرة مجهرية، بعكس عملية الإخصاب الإصطناعي العادية (IVF) حيث تزال الخلايا الملاصقة للبويضة بهدف حمايتها، ثم توضع في وسط صناعي مع أعداد كبيرة من الحيوانات المنوية والتي تقدر بالآلاف لينجح فقط حيوان منوي واحد في دخول البويضة وإخصابها. ويستخدم في هذه العملية مجهر مقلوب (Inverted microscope) يحوي على إبرة مجهرية مجوفة وأداة ماصة لتثبيت البويضة أثناء الحقن.

وتستخدم هذه العملية في حال كان الزوج ذو خصوبة قليلة؛ مثل أن يكون عدد الحيوانات المنوية لديه قليل، أو أن تكون حيواناته المنوية ضعيفة الحركة، أو غير قادرة على الوصول إلى البويضة، أو غير قادرة على إخصابها لسبب ما، أو ذات شكل مشوه، أو عنده ضعف في القذف، حيث تعتبر هذه الطريقة هي الأنجح في إحداث الإخصاب في هذه الحالة. ولا تعتبر هذه الطريقة حل لمشكلة الخصوبة عند الرجل، ولكنها حل جيد لمشكلة الإخصاب والحمل.

ويتم استخراج الحيوانات المنوية من الرجل إما باستخدام إبرة رفيعة لسحبهم من البربخ بعملية تسمى (PESA)، أو من خلال إجراء عملية للخصية، أو من خلال أخذ خزعة من الخصية في حال قلة أعداد الحيوانات المنوية بعملية تسمى (TESE)، أما الزوجة فيتم تنشيط مبايضها بإعطائها أدوية منشطة للتبويض، حتى يتم الحصول على أكثر من بويضة واحدة، ويتم سحب هذه البويضات بواسطة إبرة رفيعة ومجوفة، حيث يتم تحديد مكانها عند السحب بواسطة الامواج فوق الصوتية. ثم يتم تخصيب أكثر من بويضة بواسطة الحقن المجهري ووضعها في وسط غذائي مناسب لفترة يومين حتى تنمو وتصبح أجنة، لتؤخذ ويتم حقنها مرة أخرى في رحم الزوجة بواسطة أنبوب رفيع بعملية تسمى القسطرة يتم إدخالها عبر عنق الرحم. ويمكن حقن ثلاثة أجنة في المرة الواحدة للتأكد من نجاح العملية وحدوث الحمل، ويتم نقل الأجنة إلى الرحم بعد حوالي ثلاث إلى خمسة ايام من التخصيب، أي عندما يكون الجنين في مرحلة البلاستوسيت (Blastocyte). وتزداد احتمالات نجاح العملية كلما كان عمر الزوجة أقل، أي أن تكون ما زالت في مرحلة الخصوبة وبعيدة عن مرحلة سن اليأس.

تحتاج هذه العملية من وقت تنشيط المبايض عند الزوجة حتى إعادة حقن البويضة بعد إخصابها حوالي أربع إلى سنة أسابيع، يتم خلالها بقاء الزوجين يومين كاملين خلال عمليات الاستخلاص وإعادة الحقن.