Η χειρουργική ανάκτηση σπέρματος πρέπει να γίνεται μόνο από κέντρα τα οποία έχουν εξειδικευμένο προσωπικό και εγκαταστάσεις για κρυοσυντήρηση σπέρματος/ορχικού ιστού. Σπερματοζωάρια τα οποία έχουν βρεθεί σε διαδικασία βιοψίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εξωσωματική γονιμοποίηση και συγκεκριμένα για ICSI, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα σε αζωοσπερμικούς άνδρες να τεκνοποιήσουν. Το σπέρμα από βιοψία μπορεί να χρησιμοποιηθεί φρέσκο (η βιοψία του άνδρα γίνεται την ίδια μέρα με την ωοληψία) ή να καταψυχθεί και να χρησιμοποιηθεί όταν η γυναίκα είναι έτοιμη για την ωοληψία.

Οι διαδικασίες χειρουργικής ανάκτησης σπέρματος είναι οι εξής:

·         MESA –Microepididymal Sperm Aspiration

Η διαδικασία αυτή είναι κατάλληλη για άνδρες οι οποίοι δεν έχουν σπερματοζωάρια λόγω απουσίας ή φραγμού του σπερματικού πόρου. Επίσης είναι κατάλληλη για άνδρες οι οποίοι έχουν υποβληθεί σε στείρωση.

Κατά τη διαδικασία αυτή γίνεται μια μικρή τομή, τα σπερματοζωάρια συλλέγονται από τα σωληνάρια της επιδιδυμίδας με τη βοήθεια μικροσκοπίου.

·         PESA-Percutaneous Epididimal Sperm Aspiration

Κατά τη διαδικασία αυτή σπερματοζωάρια συλλέγονται από την επιδιδυμίδα με τη βοήθεια μιας βελόνας. Είναι πιο απλή διαδικασία σε σχέση με την MESA και έχει λιγότερες παρενέργειες.

·         TESE- Testicular Sperm Extraction

Η διαδικασία αυτή χρησιμοποιείται στους περισσότερους ασθενείς. Ιστός

(σπερματικά σωληνάρια) αφαιρείται από τους όρχεις και έπειτα ελέγχεται από τους εμβρυολόγους για ύπαρξη σπέρματος. Συνήθως χρησιμοποιούνται για την διαδικασία της εξωσωματικής σπερματοζωάρια τα οποία είναι ζωντανά, όμως εάν δεν υπάρχουν μπορεί να χρησιμοποιηθούν και σπερματίδες. Αν και τα ποσοστά κύησης με τη χρήση σπερματίδων είναι πολύ χαμηλά τώρα , με την πρόοδο της επιστήμης αναμένεται να βελτιωθούν μελλοντικά. 

·         TESA- Testicular Sperm Aspiration

Κατά τη διαδικασία αυτή χρησιμοποιείται μια βελόνα για να αναρροφήσει τα περιεχόμενα των σπερματικών σωληναρίων. Με τη μέθοδο αυτή συλλέγεται λιγότερο υλικό όμως πολλές φορές είναι αρκετό για την εξωσωματική.

Η μέθοδος αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε ασθενείς με αποφρακτική αζωοσπερμία.