La spectroscopie Doppler a conduit à la découverte de la plupart des 500 exoplanètes connues à ce jour. En améliorant la précision des mesures de vitesse radiale, on révèle différentes populations de planètes de masses et de rayons plus faibles et/ou plus éloignées de leur étoile. Cette thèse examine les différentes causes de variations des mesures de vitesse radiale de façon d'une part à améliorer la précision des mesures et d'autre part à détecter et caractériser des exoplanètes. Tout d'abord, je détermine et propose des corrections aux limitations instrumentales du spectrographe à haute-résolution SOPHIE; les effets en vitesse radiale pouvant provenir de la réduction des données comme du matériel (correcteurs de dispersion atmosphérique, stabilité de l'illumination du spectrographe). La variabilité des étoiles est aussi une source importante de bruit. Des indices spectroscopiques et des simulations sont étudiés dans une deuxième partie afin de repérer, caractériser puis soustraire les effets de l'activité stellaire photosphérique. Dans un troisième temps, je décris l'analyse des mesures de vitesse radiale qui a conduit à la détection de plusieurs planètes dans le cadre des programmes de recherche du Consortium SOPHIE. Les paramètres de ces systèmes sont discutés en regard de ceux des planètes connues ainsi que leurs apports pour les scénarios théoriques de formation et d'évolution des exoplanètes. La spectroscopie Doppler est aussi utilisée pour caractériser les planètes en transit. Dans une dernière partie, on aborde le suivi en vitesse radiale des détections par transit, la mesure de l'effet Rossiter-MacLaughlin et la recherche de composants atmosphériques.