Quando o paciente apresenta espermatozoide no ejaculado, a amostra utilizada nas TRA é coletada através de masturbação, no laboratório.

Se o paciente não apresenta espermatozóide no ejaculado procede-se a um método de coleta do espermatozoide diretamente dos testículos ou epidídimos. Para a coleta no epidídimo pode-se fazer a coleta direta através de punção percutânea chamada de PESA (Percutaneous Epidydimal Sperm Aspiration), ou através de Microcirurgia com exposição do Epidídimo e cateterização do túbulo epididimário chamada de MESA (Micro Epidydimal Sperm Aspiration). Já a coleta direta dos testículos pode ser feita através de aspiração direta do testículo chamada de TESA (Testicular Sperm Aspiration) ou por extração de tecido testicular semelhante a uma biópsia chamada de TESE (Testicular Sperm Extraction).Em casos onde ocorre a ejaculação retrógrada (vesical) pode-se fazer uma lavagem com meio de cultura, e nos casos de ausência de ejaculação (anejaculação) pode- se fazer uma estimulação de ejaculação por meio de eletrodos (eletro ejaculação).

Inseminação por doador
A inseminação com espermatozoides de doador foi geralmente reservada para os casos de anormalidade grave dos espermatozoides, sendo realizada com sêmen de um doador anônimo (AID ou ID ).
Técnicas recentemente introduzidas como a ICSI, entretanto, conseguem fertilização e gravidezes satisfatórias com concentrações de espermatozóides abaixo da média, o que ampliou as oportunidades de tratamento com os espermatozoides do parceiro masculino.

Os resultados mais favoráveis têm sido obtidos quando a inseminação é programada para coincidir com a ovulação introduzida pelos medicamentos para fertilidade. É importante, porém que os médicos que estão realizando essa estimulação ovariana monitorem o tratamento medicamentoso para ter a certeza de que não há muitos óvulos se desenvolvendo no ovário. Óvulos demais aumentarão o risco de uma gravidez múltipla. O objetivo usual em todos os procedimentos de inseminação artificial é gerar não mais que três óvulos. Isto é bem menos do que para a FIV, mas garante que os riscos de uma gravidez múltipla são minimizados.

Aproximadamente no momento programado para a ovulação, é preparada uma amostra de sêmen recente (produzido nesse mesmo dia) a qual é colocada alto no útero da parceira feminina pôr meio de um delicado cateter. Esse procedimento é conhecido como inseminação intrauterina ou IIU. Como a fertilização ocorre no ambiente natural (isto é, na trompa de Falópio) pelo menos uma das trompas da parceira feminina deve estar permeável.

Os índices de sucesso de IIU após estimulação ovariana estão entre 10 e 15 pôr cento pôr ciclo, mas podem chegar a 50 pôr cento depois de várias tentativas em um ano. É importante que o número de espermatozoides do parceiro masculino esteja dentro de uma ampla faixa “normal” e que as trompas da mulher estejam sadias. Atualmente a grande maioria dos procedimentos de IIU utiliza espermatozoides do parceiro masculino.