Le XXe siècle a été témoin de l'importance croissante en physique de la notion de symétrie et donc de groupe de symétrie. En particulier, les groupes de symétrie ont joué un rôle essentiel dans la compréhension des lois fondamentales de la nature, dans la construction du modèle standard des particules élémentaires et dans la théorie des transitions de phase. Dans une première partie, le livre donne une introduction générale à la théorie des groupes, à la fois élémentaire et mathématiquement rigoureuse. Il décrit en détail un certain nombre de groupes parmi les plus utilisés en physique, comme le groupe des rotations SO(3) ou les groupes du modèle standard SU(N). Il passe ensuite en revue quelques applications importantes comme les lois de conservation résultant de symétries (théorème de Noether) ou les brisures de symétrie, discrètes ou continues, dans la théorie des transitions de phase. Bien que de nombreux ouvrages traitent de la théorie des groupes, ce livre présente le sujet dans le contexte le plus récent. Issu de cours variés et de notes personnelles, il s'adresse aux étudiants de master, aux doctorants, aux chercheurs et aux enseignants.