La stimolazione ormonale delle ovaie avviene con l'ormone gonadotropina. In questa fase della fecondazione in vitro viene stimolata la maturazione degli ovociti. Come nel monitoraggio del ciclo, a partire dal sesto al decimo giorno del ciclo, il medico monitora il numero e la crescita dei follicoli attraverso esami ecografici. Una volta che diversi follicoli sono cresciuti fino a raggiungere una certa dimensione, alla donna viene praticata un'iniezione con l'ormone coriogonadotropina, che scatena l'ovulazione.

Da 32 a 36 ore dopo, poco prima dell'ovulazione, si procede alla cosiddetta puntura follicolare (prelievo degli ovociti). Si tratta di un breve intervento chirurgico. Sotto controllo ecografico e con l'ausilio di un ago sottile, il medico preleva gli ovociti maturi dalle ovaie. Attraverso la vagina, idealmente, vengono prelevati tra i cinque e i dieci ovociti, che vengono poi trasferiti in un terreno di coltura in una provetta. Qui incontrano lo sperma fresco del partner, ottenuto tramite masturbazione. Successivamente, la provetta viene inserita in un incubatore caldo. Già dopo un giorno è possibile verificare se la fecondazione in vitro ha avuto successo.

In caso di successo, il medico della riproduzione inserisce gli ovociti nell'utero dopo uno o due giorni. Il trasferimento dell'embrione avviene tramite un tubo sottile e flessibile introdotto attraverso la vagina. Questa procedura non causa dolore. Se dopo il trasferimento sono ancora presenti embrioni di buona qualità, vi è la possibilità di congelare questi ovociti in eccesso. Questa cosiddetta crioconservazione evita alla donna un'ulteriore stimolazione ormonale e il prelievo di ovociti.

Dopo il trasferimento, nel corpo della donna ha inizio la fase luteale, supportata ormonalmente dal farmaco progesterone, che favorisce l'annidamento dell'ovocito fecondato. Prima che sia possibile rilevare una gravidanza attraverso la presenza dell'ormone della gravidanza hCG nel sangue o nelle urine, trascorrono circa due settimane.