轉基因動物的基本操作是按體外重組DNA的常規方法，先將待轉移的外源基因克隆在一個合適的表達載體上，將這個重組DNA分子在體外注入動物受精卵的細胞核中，然后將這個帶有外源基因的受精卵植入雌性個體的子宮，使其完成胚胎發育。這種雌性個性稱為代孕母體(fostermother)，由此產下的仔畜的細胞中帶有轉入的外源基因，外源基因可以表達蛋白質產物或顯現其所決定的性狀。這樣，就能培育出新的品種。

轉基因動物除了可用于育種目的外，還可以建立人體疾病的模型，模擬人類疾病發病的原因和進程，作為疾病診斷、治療和藥物篩選的有效工具。此外，也可用于研究基因在生長、發育中的生物學功能。

當外源基因不是注入受精卵的細胞核而是注入胚胎干細胞(embryonic stem cell，ES)，然后將胚胎干細胞注入胚泡的內細胞團(inner cell mass)中。內細胞團的大量細胞中混有少量攜帶外源基因的胚胎干細胞，這樣的胚泡期胚胎植入代孕母體的子宮，發育生下的仔畜將是一個嵌合型的個體，這個個體的一部分細胞帶有外源基因，另一部分不帶外源基因，在表型上也出現嵌合性狀。當帶有外源基因的胚胎干細胞正好發育成為性系細胞(germline cells)時，則生下的仔畜將是外源基因的雜合體，因為胚胎干細胞中的一對同源染色體上只有一條染色體帶有外源基因。接下去的工作就是篩選出外源基因的雜合子，使之交配，以期獲得外源基因可以穩定遺傳的純合個體。

20世紀80年代中期，英國的JohnClack開始在小鼠乳腺組織中高效表達人的抗胰蛋白酶(antitrypsin，ATT)基因。1991年，又在綿羊乳腺中表達。將羊乳蛋白啟動子驅動的抗胰蛋白酶基因，顯微注射進綿羊的卵細胞，獲得4雌1雄5頭轉基因綿羊。其中4頭雌綿羊都產下雜合體羊羔，經過交配，下一代就得到了純合的轉基因綿羊。四頭雌綿羊分泌的乳汁中均含有ATT，在一頭名為Trasey的綿羊的乳汁中含量高達35 g／L，每頭綿羊在產奶期可產奶250～800 L。這就是把生物個體當作生物反應器來生產基因工程產品；其他如轉基因魚、轉基因家禽等均有取得成功的報道，問題是要繼續提高轉基因的效率。