Trabajo experimental: In Utero

Para In Utero, la banda escogió trabajar con el productor Steve Albini, conocido por su trabajo en Surfer Rosa de Pixies. Las sesiones con Albini fueron productivas y notablemente rápidas: la versión inicial del álbum fue grabada y mezclada en 2 semanas, lejos de los meses de la grabación y mezcla de Nevermind. La grabación se hizo en los estudios "Pachyderm", en Minnesota.

Usar a Albini como productor fue una jugada deliberada de parte de Nirvana para darle al álbum un sonido menos "artificial", como si la banda hubiera querido alienar o distanciarse de su nueva audiencia que le prestó poca o nula atención a las bandas alternativas, oscuras, o experimentales que Nirvana intentó apoyar (como es el caso de The Jesus Lizard). Por ejemplo, una de las canciones del álbum, llamada irónicamente "Radio Friendly Unit Shifter", mostraba prolongados periodos de ruido de feedback o "retroalimentación". (En la industria musical, un álbum "amigable a la radio" ("radio friendly") es descrito como un álbum "ideal": capaz de alta rotación radial y de vender varias copias, o "unidades"). Sin embargo, Cobain insistió que el sonido de Albini era simplemente el que Nirvana quería, una grabación "natural", sin muchas capas de "trucos" de estudio.

Después de su lanzamiento, los seguidores pensaron que la banda quería esta "distorsionada obra maestra". Sin embargo, en realidad, la banda no estaba contenta con algunos aspectos de las mezclas de Albini. Específicamente, pensaron que los niveles del bajo eran muy graves, y Cobain sintió que "Heart-Shaped Box" y "All Apologies" no sonaban "perfectas". El productor por largo tiempo de R.E.M., Scott Litt, fue llamado para ayudar a mezclar estas dos canciones, con Cobain adicionando instrumentación y vocales. Litt también mezcló "Pennyroyal Tea", pero la versión de Albini fue usada en el álbum. (DGC planeó posteriormente lanzar la mezcla de Litt como un sencillo)

Con In Utero, la banda también enfrentó la censura. Grandes cadenas de almacenes como Kmart y Wal-Mart se negaron a tener el álbum en sus estantes, alegando que títulos de canciones como "Rape Me" y el collage de fetos plásticos en la contraportada del álbum eran muy "controvertidos" para cadenas "orientadas a la familia". Entonces la banda aceptó cambiar el arte del álbum, lanzando una versión "limpia", que también cambiaba el nombre de "Rape Me" por "Waif Me". Sin embargo, con la excepción de la mezcla de Litt de "Pennyroyal Tea", la música incluida era idéntica al lanzamiento común. Cuando le preguntaron sobre la versión editada, Cobain dijo que muchos residentes de pequeños pueblos (en especial en el centro de los Estados Unidos) no tenían tiendas locales de música, y tenían que comprar sus álbumes en grandes cadenes de almacenes como Kmart.

Aunque "Heart-Shaped Box" tuvo buena recepción por parte de las emisoras alternativas y mainstream, e In Utero debutó en el número 1 en la lista de álbumes de Billboard, el álbum no gozó del mismo éxito de Nevermind. Cuando la banda se embarcó en la gira estadounidense de In Utero, la primera desde el éxito de "Smells Like Teen Spirit", regularmente tocó en auditorios a medio llenar, principalmente por la falta de gira para la promoción de Nevermind y por el nuevo y "retador" lanzamiento. (Para la gira promocional de In Utero, la banda añadió a Pat Smear de la banda de punk rock The Germs como el segundo guitarrista.)

En noviembre de 1993, la banda decide detenerse en la gira y graba una aparición en MTV Unplugged. Las sesiones revelan la profundidad de las composiciones de Cobain, que frecuentemente estaban "enterradas" bajo el "agresivo" sonido de la banda. La selección de canciones también demostró el gran interés musical de Cobain por su selección de canciones originales de David Bowie, The Vaselines, Meat Puppets (que acompañó en las tres canciones de ellos que la banda versionó), y del cantante de folk estadounidense Leadbelly. Éste se convirtió en uno de los momentos más importantes de la banda, que sería amplificada por la tragedia que se avecinaba.