L’anatomie interne des crânes des stégocéphales Stanocephalosaurus (Temnospondyli), Laosuchus (Chroniosuchia) et Diplocaulus (Lepospondyli) a pu être révélée par l’utilisation de la tomographie à rayons X et a permis de mieux comprendre leur paléobiologie : 1) l’oreille moyenne de Stanocephalosaurus serait adaptée à la perception de sons dans le milieu subaquatique ; 2) des canaux sensoriels intra-osseux ont été identifiés chez Laosuchus. La morphologie endocrânienne a ensuite été utilisée dans une analyse phylogénétique portant sur les relations de parentés controversées entre stégocéphales et lissamphibiens. Cette analyse montre que la monophylie des lissamphibiens serait due à un phénomène d’attraction des longues branches, résultant de l’optimisation de la simplification crânienne, identifiée comme une convergence. Les morphologies de la boite crânienne, du stapes et du palais favorisent une origine diphylétique des lissamphibiens parmi les temnospondyles. / The intracranial anatomy of the stegocephals Stanocephalosaurus (Temnospondyli), Laosuchus (Chroniosuchia) and Diplocaulus (Lepospondyli) has been revealed by X-rays tomography and allowed to better understand their paleobiology: 1) the middle ear of Stanocephalosaurus would be an underwater adapted hearing system; 2) intraosseous sensorial canals have been identified in Laosuchus. The endocranial morphology have been included in a phylogenetic analysis on the debated relationships between stegocephals and lissamphibians. This analysis shows that the monophyly of Lissamphibia may result from a long-branch attraction, due to the optimisation of the cranial simplification, here as identified convergent. The morphologies of braincase, stapes and palate favour a biphyletic origin of lissamphibians among temnospondyls.