Ce mémoire présente divers aspects de la physique des dimensions supplémentaires et leurs liens avec la supersymétrie. L'accent a été mis sur la brisure de supersymétrie dans les modèles de branes et le rôle que les configurations non-BPS jouent dans ce contexte. Après un rappel sur les constructions de branes issues de la théorie des cordes, une courte introduction à la théorie de Horava-Witten est donnée sous l'angle des membranes ouvertes. Une présentation des branes non-BPS en supergravité à dix dimensions est ensuite effectuée. Dans ces deux cas les dimensions supplémentaires ne sont pas compactifiées. La seconde partie de ce mémoire traite des modèles à cinq dimensions. Une étude des branes non-BPS dans le modèle de Randall-Sundrum met en exergue deux types de configurations non-supersymétriques, les branes non-parallèles et le cas où la chiralité des fermions est différentes sur les bords de l'espace-temps. Dans le cadre de la théorie de Horava-Witten à cinq dimensions on considère le cas où l'une des branes est de tension violant la borne BPS, conduisant à des configurations non-statiques. Enfin on consacre une partie à la supersymétrie singulière où des champs scalaires vivent entre les branes. Là aussi nous présentons des configurations non-BPS qui sont dépendantes du temps. Ceci nous conduit à une brève étude de la cosmologie branaire avec champs scalaires.