Intracytoplazmatická injekce spermií (ICSI) je mikromanipulační technika, při které je navozeno těhotenství injekcí jedné spermie do neoplodněného vajíčka (oocytu - viz ilustraci 2). ICSI je prováděno s vajíčky, získanými stejným postupem, jako při IVF. Tato technika znamenala výrazný pokrok v léčbě mužské neplodnosti zapřičiněné těžkou oligozoospermií.
ICSI vyžaduje jen jednu spermii pro každé vajíčko, a proto se její indikace rozšířily na téměř všechny muže s těžkou neplodností, dokonce i na ty, kdo byli dříve považováni za beznadějné případy. Pokud jsou spematozoa životaschopná, může být překonána i dysfunkce spermií, protože až 50% vajíček je oplodněno nezávisle na kvalitě spermie. Azoospermie z neprůchodnosti vývodných cest může být také léčena, protože spermie lze získat přímo z varlat a k oplodnění už byly použity i nezralé formy spermií.
Úspěšnost ICSI je výrazně ovlivněna kvalitou přípravy spermií a zkušeností v mikromanipulačních technikách. ICSI kombinovaná s IVF je nejefektivnější léčbou mužské neplodnosti s procentem úspěšnosti 20-25% - t.j. počet léčení, která vedou k porodu živého plodu.