La reconstruction 3D de coupes histologiques donne lieu à une nouvelle modalité tridimensionnelle que nous désignons par Imagerie Post Mortem ou IPM. Après avoir proposé une classification des études mettant en jeu l'histologie et concernant le cerveau, nous décrivons dans ce travail de thèse deux protocoles de constitution d'IPM cérébrale. Le premier protocole concerne les animaux de type rongeurs. Il comprend l'acquisition et l'extraction en séries de données anatomiques (coupes histologiques marquées) et fonctionnelles (coupes autoradiographiques). Ces étapes sont suivies de l'alignement et du coalignement des coupes histologiques pour constituer un volume anatomique et un volume fonctionnel spatialement cohérents et recal és entre eux, permettant de mener des analyses 3D. Le deuxième protocole concerne les animaux de type primates. Il décrit une méthode complète de mise en correspondance d'images in vivo et post mortem. Un volume de coupes histologiques est obtenu par coalignement avec des photographies prises lors de la coupe. Une normalisation d'intensité inter-coupes robuste est proposée pour rendre également cohérent tridimensionnellement en intensité ce volume. Enfin, une déformation élastique est estimée entre le cerveau post mortem et le cerveau dans sa géométrie in vivo (représenté par l'IRM) pour corriger les différences de volume inhérentes à l'histologie. La réalisation d'atlas du thalamus, puis une confrontation avec une segmentation réalisée in vivo en IRM de diffusion par une nouvelle méthode par classification sont présentées comme applications directes de ce protocole. Nous concluons ce travail par diverses perspectives d'utilisation de l'IPM.