在经过各种治疗都不能受孕后，越来越多的夫妇转而求助于体外（试管内）受精。这种技术程序包括：诱导排卵、收集卵子、体外受精、胚胎在实验室生长和胚胎子宫内移植。
有代表性的做法是：用克罗米芬、人绝经期促性腺激素和促性腺激素释放激素激动剂，刺激卵巢，诱导排卵，可使多个卵泡同时成熟。在超声波扫描引导下，用穿刺针通过阴道或腹壁刺入卵巢从卵泡中取出几个卵子。在实验室，卵子放置于培养皿中并用经洗涤的精子受精。大约40小时后，将3～4个胚胎从培养皿中取出，移植到母亲的子宫内。剩下的胚胎冷冻保存在液氮容器中备用。如果妊娠未成功，可以再次使用。尽管一次植入几个胚胎，但最后能发展到足月分娩的机率大约只有18％～25％。
妇女不明原因的不孕，或患子宫内膜异位症，如果有正常的输卵管功能，可作配子输卵管内移植（GIFT）。采集卵子和洗涤精子的方法与体外受精相同，但精子和卵子不用在实验室中受精，而是通过腹壁（用腹腔镜）或阴道（用超声波扫描引导）把卵子和精子直接移植到患者的输卵管远端，以使卵子在输卵管内受精。大多数不孕症治疗中心，每次移植的成功率大约是20％～30％。
由体外受精和配子输卵管内移植演变成许多技术，包括合子（胚胎）输卵管内移植，使用捐赠卵子，把冷冻胚胎移植到代理母亲的子宫内等。这些方法带来一些道德和伦理方面的问题，包括如何处理贮存的胚胎（特别是在死亡和离异时），如果涉及代理母亲，还有法律上的父母身份问题；当胚胎植入成功的数目超过5个时，又有选择性减少植入胚胎数目的问题（与流产相似）。
心理方面的问题
一对夫妇，在进行不育症的治疗过程中，一方或双方都可能要经历挫折、紧张、感情上不能适应和内疚等情绪变化。常常感到孤独和不能与人沟通，他们变得容易生气，互相埋怨，也埋怨家庭、朋友和医生。在每个周期的治疗时间，两人每次都要经历希望和失望的动荡。经常眼泪汪汪、疲倦、焦虑、睡眠和饮食失调、注意力不集中等。另外，诊断和治疗的经费负担和时间精力投入都能引起夫妻不和。
如果不育与夫妇双方都有关，或诊断为一方的问题，都要把有关情况和治疗过程告诉他们。可以减少许多心理方面的问题。让他们知道治疗的成功率、不成功的可能性以及治疗周期不可能无限制继续等，都有助于缓解紧张情绪。让他们了解应在什么时候决定结束治疗，什么时候应该考虑领养子女等都是很有益的措施。可借助于心理咨询和心理支持机构的服务。