Η χειρουργική συλλογή σπέρματος εφαρμόζεται στις περιπτώσεις όπου δεν υπάρχουν σπερματοζωάρια στο προϊόν της εκσπερμάτισης. Η χειρουργική συλλογή πραγματοποιείται με τη χρήση ειδικής λεπτής βελόνης για τη συλλογή σπερματικού υγρού από τους ανδρικούς όρχεις ή με τη χειρουργική αφαίρεση ιστού από τους όρχεις. Οι λόγοι για τους οποίους το σπέρμα που παράγεται δεν είναι δυνατόν να εξέλθει είναι συνήθως, οι εξής:
Στην περίπτωση της απόφραξης ή απουσίας σπερματικού πόρου, το ανδρικό σπέρμα παράγεται κανονικά, οπότε η συλλογή του είναι εφικτή από την επιδιδυμίδα, με τη χρησιμοποίηση λεπτής βελόνης. Στην περίπτωση, όμως, που παράγονται ελάχιστα σπερματοζωάρια στο υγρό της εκσπερμάτισης, ίσως είναι επιβεβλημένη η βιοψία ορχικού ιστού.