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Cette thèse est consacrée au développement de techniques avancées d'apprentissage automa-tique pour la modélisation des propriétés des molécules et des réactions. Le couplage de la méthode d'apprentissage automatique multi-instances (MIL) avec les descripteurs 3D phar-macophoriques a permis de construire des modèles prédictifs prenant en compte l'ensemble des conformations moléculaires. Cette approche 3D ne nécessite pas de sélection et d'alignement de conformères et a été validée dans les études de (i) la bioactivité des compo-sés et (ii) l'énantiosélectivité des catalyseurs organiques chiraux. Dans de nombreux cas, les modèles MIL multi-conformationnelles 3D ont surpassé les approches classiques impliquant des descripteurs 2D populaires. Dans la deuxième partie, un concept d'apprentissage automa-tique conjugué a été introduit et appliqué à la modélisation des caractéristiques thermody-namiques et cinétiques des réactions chimiques. L'apprentissage automatique conjugué intègre des équations fondamentales avec des algorithmes d'apprentissage automatique, ce qui le distingue de l'apprentissage multitâche traditionnel ne capturant que la relation statis-tique entre les tâches.