Ce mémoire résume ma contribution aux problèmes de la représentation et de la comparaison des formes et propriétés chimiques de molécules au moyen de nouvelles techniques de transformées de Fourier rapides (FFT). Les trois principaux domaines abordés ici sont le clustering et la classification des formes de macromolécules protéiques, le docking ou amarrage protéine-protéine visant à modéliser la conformation structurale de deux partenaires susceptible d'exister in vivo, et enfin la comparaison rapide de nombreuses petites molécules pour le criblage virtuel de potentiels inhibiteurs thérapeutiques. Les techniques basées sur la FFT sont largement utilisées dans de nombreux domaines de la science. Par ailleurs, les approches conventionnelles basées sur les grilles cartésiennes de FFT peuvent accélérer les calculs d'appariement moléculaire dans seulement trois des six degrés de liberté (ceux de translation) du corps rigide. Le thème principal de mon travail repose sur l'idée que la comparaison des formes complexes en trois dimensions (3D) de molécules est en grande partie un problème de rotation, dès lors les molécules peuvent efficacement être représentées par des systèmes de coordonnées polaires afin de pouvoir les comparer à l'aide de FFT rotationelles. Dans ce mémoire, je montre qu'en représentant les molécules par des développements orthogonaux en harmoniques sphériques et des polynômes de Gauss-Laguerre et en n'utilisant que des techniques classiques de calcul, leurs formes peuvent être mises en rotation et translatées analytiquement. Les paires de formes peuvent alors être comparées ou amarrées de façon très efficace en utilisant une série de 1D, 3D, ou même 5D FFT de rotation. Même si une grande partie des fondamentaux théoriques sont bien connue dans les domaines de la chimie ou de la physique, l'approche globale est originale dans le contexte de l'appariement de formes moléculaires, du docking de protéines et plus généralement de la reconnaissance d'objets 3D. La dernière partie de ce mémoire ouvre sur les perspectives futures visant à étendre ces différentes approches aux défis actuels posés par la biologie systémique et structurale tels que le criblage virtuel à haut-débit, l'intégration de la flexibilité des protéines lors de leur complexation mais aussi l'assemblage de structures macromoléculaires multi-composants.