通过显微操作仪将外源基因直接注入受精卵，使外源基因整合到DNA中，发育成转基因动物。此方法是最经典的转基因动物制作方法，也是应用最广泛的方法，转基因动物研究大都是在Palmiter等方法的基础上有所改进而进行的。由这种方法制备的动物品种属于狭义的转基因动物的范畴。

由这种方法制备的转基因小鼠其插入目的基因的形式通常是多拷贝首尾相连的形式，其整合到基因组的具体机制并没有完全研究清楚。

在体外将外源基因导入胚胎干细胞，然后将转基因的胚胎干细胞通过显微操作仪注入动物囊胚，此胚胎干细胞可参与宿主的胚胎构成，形成嵌合体，直至达到种系嵌合。胚胎干细胞体外培养时保持未分化状态，当被注入囊胚腔后，可以参与包括生殖腺在内的各种组织嵌合体的形成，因此将外源DNA导入胚胎干细胞就可实现基因的转移。出生的动物其生殖系统就可能整合上外源基因，通过杂交繁育可得到具有纯合目的基因的个体，即转基因动物。胚胎干细胞介导法在小鼠上应用比较成熟，在大动物上应用较晚。基因的敲除及捕获常用这类方法。