卵胞浆内单精子注射（ICSI）是把单个精子直接注射到卵子内的技术，目的是增加受精的机率。
和其它体外受精的过程一样，这个过程也是开始于从女性的卵巢中取出一枚成熟的卵子，并准备进行体外受精。获取精子的方法可以通过正常的射精；如果男性患者进行过输精管结扎术，需要先进行显微外科输精管结扎逆转手术。这时，成熟的卵子由一个玻璃吸管固定，被放置在高倍显微镜下。单个精子被选出，并通过中空针抽吸到显微镜下的玻璃试管中。然后，中空针将刺破卵子的外膜，并把精子直接植入细胞质。随后，卵子将被安全地放置在一个孵化器中，医护人员将在未来数天内进行监控，以确定受精正常并且受精卵正在发育成一个健康的胚胎。
ICSI对于以下不孕不育的病因最为有效：精子数量低，精子活性差或质量差，或者精子无法穿透卵子。除了作为男性不育症的有效治疗方法之外，ICSI也用来给冷冻卵子受精。
大约有一半的体外受精手术手术都使用了ICSI技术。在由男性因素引起的不孕不育中，ICSI可以把受精率提高70％－80％。一些患者在尝试子宫内授精（IUI）不成功后，会选择ICSI。一些需要进行胚胎染色体检查和性别选择(PGD)的患者也会使用ICSI技术。