Loài người là động vật đặc trưng cho việc thụ tinh trong, không kể đến các phương pháp thụ tinh nhân tạo thì một cặp vợ chồng hoặc bạn tình sẽ thực hiện nghi thức quan hệ tình dục (giao hợp), dương vật của đàn ông sẽ thâm nhập vào âm đạo người phụ nữ và xuất tinh (phóng tinh) ngay trong cơ quan sinh dục nữ, thường kèm theo cực khoái ở hai giới. Nếu chỉ tính mang thai tự nhiên thì thụ thai sẽ bắt đầu khi một người đàn ông và một người phụ nữ quan hệ tình dục với nhau, người đàn ông phóng tinh dịch vào âm đạo của người phụ nữ. Mỗi lần phóng tinh, trong tinh dịch có thể chứa khoảng 150 triệu tinh trùng tiến vào ống dẫn trứng nhưng chúng phải bơi với tốc độ nhanh nhất có thể vì tinh trùng sẽ chết sau 12-48 giờ rụng trứng.

Ngoài ra, quá trình thụ tinh có thể xảy ra ở các bộ phận khác của tử cung hoặc thâm chị là bên ngoài đường sinh dục. Những trường hợp này được gọi là mang thai ngoài tử cung, thai sẽ không thể giữ lại và cũng gây nguy hiểm lớn cho người mẹ. Một khi tinh trùng đã vào tử cung, các cơn co thắt sẽ đẩy tinh trùng tiến vào ống dẫn trứng. Tinh trùng đầu tiên nhập vào ống vài phút sau khi xuất tinh. Tuy nhiên, tinh trùng đầu tiên có thể không phải là tinh trùng thụ tinh. Tinh trùng có thể sống sót trong hệ thống sinh dục nữ trong vòng 5 ngày. Quá trình thụ thai được tính từ khi trứng thụ tinh tới khi phôi thai làm tổ được trong tử cung. Sau khi thụ tinh 3–4 ngày, trứng bắt đầu di chuyển ra khỏi ống dẫn trứng để vào tử cung, tìm nơi làm tổ.