世界上第一次将精子与卵子共置于玻璃试管或试皿内进行受精试验，而非在体内时，即被称之为体外受精。
初生母牛的卵巢中，约含有十至三十万个卵母细胞，随着成长过程，卵巢逐渐增大，重量亦随之增加。卵母细胞的来源可以经由屠宰场取得的卵巢，采集卵巢上未成熟的卵母细胞，经体外培养使其成熟，或应用超音波扫描以观察滤泡发育状态，自活体吸取卵母细胞。
胚的体外生产系统包含：卵的体外成熟、体外受精及胚的体外培养等三大部分。早期研究体外受精技术甚为困难，一九九○年时，美国及加拿大经由体外受精生产的小牛，总数不超过一百头。
活体取卵是近十年来新发展的技术，经过不断地改善，已经有商业化的仪器与设备供应。这些设备需要超音波仪，并配备固定功率的探头，以及真空帮浦和采卵针。从超音波仪看到小滤泡时，立即将采卵针刺进小滤泡，负压作用即将滤泡液和卵母细胞吸入离心管内。母牛每周以采集两次所得的卵母细胞品质较好，数量也较多。平均每次约可收集到10个卵母细胞。
当牛只发育成长，排卵前卵子重新进行减数分裂，使核增大。滤泡成熟的过程，需经过初级、次级、三级的发育阶段，最后始成为成熟滤泡，当卵子由成熟的滤泡排出时称为排卵。
在滤泡成熟的后期，卵母细胞也逐渐成熟，细胞核亦进行减数分裂，达到第一次减数分裂中期的阶段，称为初级卵母细胞。初级卵母细胞再经一次减数分裂，即分裂为次级卵母细胞以及一个称为第一极体的较小细胞，此时达到第二次减数分裂中期。细胞分裂的过程中，当有第一极体排出时，即显示核已达到成熟，可以准备受精，这是重要的标记，利用立体显微镜即可观察到。发育成熟的次级卵母细胞，经排卵并被精子受精后，再继续完成其减数分裂，直到排出第二极管后才会进行一般细胞的有丝分裂，发育成为早期胚。
从屠宰场取得的卵母细胞，必须经过体外成熟阶段才能进行受精。体外成熟的培养液一般采用组织培养液如TCM199，另外再添加胎牛血清，它有促进卵子体外成熟及确保较佳的卵裂效果。
精子与卵发生受精作用之前必先经过获能，这是一个非常复杂的精子生理变化过程。在体内受精情形下，精子必须先在雌性生殖道中，经过数小时的获能准备才有受精的能力；在这段期间中，精子发生的生理生化改变，包括去除精子表面附着的抗原物质，以及进行头帽反应，尤其是在头帽内至少要有四种酵素的激活和释放。精子欲穿过卵子的透明带，必须要靠这些酵素来溶解卵丘细胞团及透明带。
体外精子获能的方法，主要是靠添加肝素或是咖啡因来处理。凡能促使钙离子进入头帽的刺激，均可诱发获能。
体外受精即是将已经完成获能的精子和成熟的卵母细胞，共同置于受精用溶液中，然后将之静置于二氧化碳培养箱中培养48小时。
受精完成并卵裂为二至四细胞的受精卵称为胚。经体外受精后的早期胚，在继续卵裂发育的过程中，会发生发育阻滞现象。不同的动物出现细胞发育阻滞的时期不同，牛羊为八至十六细胞期，猪为四细胞期，小鼠为二细胞期。因此如何克服牛的细胞发育阻滞现象，确保其发育能越过十六细胞期，是早期研究的重点。最早是利用兔子的输卵管，将受精完成并卵裂的牛胚，移入已结扎的兔子输卵管中，移植后第五天，再从兔子的输卵管回收已发育至桑椹期或囊胚期的胚，再进行胚移置到受胚牛。
目前用来克服早期胚在体外发生发育阻滞的方法，是采用细胞共培养系统。将胚与卵丘细胞、输卵管上皮细胞或子宫上皮细胞等体细胞共同培养，即可克服发育阻滞现象，使胚能继续发育，直到成为桑椹期或囊胚期，再做移置。
当母牛的生理周期与胚发育阶段不一致时，移入的胚不能顺利发育，而导致怀孕失败，因此必须利用内泌素对牛只进行处理，来调整母牛的发情周期使之同期化。其目的在使母牛于预定的时间集中发情，以便实施有计画的胚移置工作，提高受胎率。
同期发情处理应用的内分泌素有多种选择，最常用的是前列腺素；其功能是当卵巢有黄体存在时，经注射前列腺素后即被消解，于是在二至三天内又能诱发一个新的发情周期，因此能掌控排卵时间及胚移置的最佳进行时机。
当新鲜胚移置时，供胚牛与受胚牛的卵巢和子宫生理状态亦必须一致，才有利于未来胚的持续发育及着床。胚在发育早期和子宫组织间尚未建立密切的关系，此一阶段的发育，基本上是依靠本身储存的养分，所以冲洗子宫后取得的胚，较易存活，一旦放回与供胚牛相似的受胚牛的子宫环境中，移置的胚即能继续发育。
供胚牛与受胚牛的发情同期化程度，差异不得超过六小时，否则会降低受胎率；也就是说，供胚牛在发情、配种后七至八天取胚，受胚牛也应在相同时间接受移置。
在大型哺乳动物采用非手术法移置技术，此技术从一九七六年以后即广泛应用于牛。牛胚移置的器材与人工授精相似，仅有口径较小与长度较长的差异而已。移置前，将胚放入胚管并且装入移置器；移置时，自生殖道插入移置器直到子宫颈外口，另一手则深入直肠找到子宫颈，缓缓配合将移置器送入子宫角内，并在预定的位置将胚注入。