La tomographie optique diffuse et de fluorescence résolue en temps (TR-DOTF), objet de cette thèse, est une méthode qui permet de fournir une information sur les propriétés optiques de diffusion et d’absorption des tissus biologiques. L’objectif à terme du projet est de concevoir un appareil de mesure (tomographe), éventuellement portatif, permettant de reconstruire des images multidimensionnelles 2D/3D des cartes optiques du milieu avec une résolution suffisante pour être utilisée en milieu hospitalier à des fins de diagnostic préclinique. L’avantage notable de cette technique est d’être non-invasive et non-irradiante. Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème de reconstruction. Nous proposons en particulier une étude du problème direct et inverse en se plaçant dans le cadre de l'approximation de diffusion pour des mesures de type contact et non-contact. Ce problème de reconstruction est traité comme un problème d'optimisation basé sur une méthode de l'adjoint.