Le Milieu Interstellaire (ou MIS) joue un rôle fondamental en astrophysique, étant le point de jonction entre les échelles stellaires et galactiques. L'étude du MIS des galaxies va entrer dans une phase de grand progrès technologique, surtout relativement à sa composante moléculaire. Aujourd'hui les télescopes millimétriques à antenne unique et les interféromètres peuvent résoudre avec une résolution spatiale raisonable (<10'') les (sous)structures des nuages moléculaires présents dans les galaxies. Le futur immédiat, grâce à la construction de nouveaux instruments-essentiellement ALMA-sera caractérisé par une révolution dans le champ de l'astronomie millimétrique. Cette thèse de doctorat est dédiée à un des principaux sujets qu'ALMA pourra approfondir, le gaz moléculaire dans les galaxies extérieures, avec l'objectif d'être bien préparé à l'arrivée de ce instrument. Cette thèse étudie la physique de l'excitation collisionnelle à petite échelle, les propriétés de fragmentation, la distribution, et la cinématique du gaz moléculaire en deux galaxies proches (Messier 81 et NGC 3147) avec des observations obtenues soit avec un instrument millimétrique à antenne unique, soit avec un interféromètre. En complément à ces deux études détaillées du gaz moléculaire dans des galaxies spécifiques, cette thèse présente aussi un travail statistique et son interprétation sur les relations existantes entre les différentes composantes du MIS, obtenu en analysant un échantillon de galaxies de tout type morphologique, activité nucléaire, et type d'interaction.