转基因动物的基本操作是按体外重组DNA的常规方法，先将待转移的外源基因克隆在一个合适的表达载体上，将这个重组DNA分子在体外注入动物受精卵的细胞核中，然后将这个带有外源基因的受精卵植入雌性个体的子宫，使其完成胚胎发育。这种雌性个性称为代孕母体(fostermother)，由此产下的仔畜的细胞中带有转入的外源基因，外源基因可以表达蛋白质产物或显现其所决定的性状。这样，就能培育出新的品种。
转基因动物除了可用于育种目的外，还可以建立人体疾病的模型，模拟人类疾病发病的原因和进程，作为疾病诊断、治疗和药物筛选的有效工具。此外，也可用于研究基因在生长、发育中的生物学功能。
当外源基因不是注入受精卵的细胞核而是注入胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES)，然后将胚胎干细胞注入胚泡的内细胞团(inner cell mass)中。内细胞团的大量细胞中混有少量携带外源基因的胚胎干细胞，这样的胚泡期胚胎植入代孕母体的子宫，发育生下的仔畜将是一个嵌合型的个体，这个个体的一部分细胞带有外源基因，另一部分不带外源基因，在表型上也出现嵌合性状。当带有外源基因的胚胎干细胞正好发育成为性系细胞(germline cells)时，则生下的仔畜将是外源基因的杂合体，因为胚胎干细胞中的一对同源染色体上只有一条染色体带有外源基因。接下去的工作就是筛选出外源基因的杂合子，使之交配，以期获得外源基因可以稳定遗传的纯合个体。
20世纪80年代中期，英国的JohnClack开始在小鼠乳腺组织中高效表达人的抗胰蛋白酶(antitrypsin，ATT)基因。1991年，又在绵羊乳腺中表达。将羊乳蛋白启动子驱动的抗胰蛋白酶基因，显微注射进绵羊的卵细胞，获得4雌1雄5头转基因绵羊。其中4头雌绵羊都产下杂合体羊羔，经过交配，下一代就得到了纯合的转基因绵羊。四头雌绵羊分泌的乳汁中均含有ATT，在一头名为Trasey的绵羊的乳汁中含量高达35 g／L，每头绵羊在产奶期可产奶250～800 L。这就是把生物个体当作生物反应器来生产基因工程产品；其他如转基因鱼、转基因家禽等均有取得成功的报道，问题是要继续提高转基因的效率。