Els metamaterials són una nova classe de materials artificials que poden ser dissenyats per a posseir propietats que serien difícils o impossibles de trobar en la naturalesa. Els metamateriales han portat amb si un gran nombre de nous dispositius amb sorprenents propietats. Entre ells, cal destacar als medis d’índex negatiu (NIMs), amb els que és possible construir superlents faltats del límit de resolució de les lents convencionals, així com els dispositius basats en òptica de transformació, una nova teoria de l’electromagnetisme que permet conéixer les propietats que un medi ha de tindre per a corbar o distorsionar l’espai electromagnètic. Com a conseqüència, ha sigut possible crear dispositius fascinants, tals com capes d’invisibilitat o forats negres òptics. A causa de la seua importància, en esta tesi ens hem centrat en estes dos aplicacions dels metamaterials. En el cas dels medis d’índex negatiu, hem estudiat com estos poden ser construïts a partir d’estructures de transmissió extraordinària. Com resultat principal, s’ha dissenyat i verificat experimentalment un nou metamaterial d’altes prestacions que presenta una elevada figura de mèrit (substancialment major que les de treballs previs) en l’espectre visible. L’estructura també presenta independència de polarització i propietats homogènies per a incidència normal. Esta demostració correspon al primer NIM experimental amb baixes pèrdues en el règim visible i també al primer format per diverses cel_les unitat en la direcció de propagació, un pas important cap a NIMs homogenis en esta banda. Este treball ha sigut reconegut com unes de les últimes fites en metamaterials òptics tridimensionals. A més, altres autors han demostrat que les propietats de la nostra estructura poden ser empleades per a controlar la velocitat de propagació (subluminal i superluminal) de polsos làser de femtosegons o per a aconseguir commutació óptica amb velocitats de l’orde de terabits per segon. En una altra línia, hem introduït el concepte de seguretat óptica basat en magnetisme artificial fort a freqüències òptiques. Esta exòtica propietat podria actuar com una firma òptica exclusiva que pot ser identificada fàcilment a partir de les mesures adequades, i reproduïble només amb les tècniques de fabricació més avançades, afegint per tant un major nivell de seguretat i reduint enormement la possibilitat de falsificació. A més, hem proposat estructures adequades per a este propòsit amb respostes magnètiques excepcionalment elevades en este rang, que encaixen perfectament amb el perfil d’etiqueta de seguretat desitjat. A diferència de la majoria d’aplicacions basades en metamaterials, la seguretat òptica podría arribar a ser una aplicació real i abastar el mercat a curt termini, ja que les tècniques de fabricació requerides són comparativament menys exigents. Quant a l’òptica de transformació, hem treballat en el desenrotllament i aplicació de metodologies de disseny que simplifiquen els paràmetres constitutius requerits per a la implementació de "medis de transformació", i que per tant faciliten les etapes de disseny i fabricació dels metamaterials requerits per a sintetitzar dispositius basats en òptica de transformació. En este sentit, hem seguit dos enfocaments distints. El primer consistix en la minimització de l’anisotropia que resulta de la transmutació de singularitats d’elements òptics. Per a això ens hem basat en la idea de transmutació parcial, la qual suprimix la necessitat d’utilitzar elements ressonants per a la seua implementació. Açò podria fer realitat dispositius d’alt impacte, com a capes d’invisibilitat de gran ample de banda, que d’una altra forma serien molt difícils d’aconseguir. D’altra banda, hem aplicat el concepte de mapatge quasi-conforme en el disseny de dispositius realitzables, tals com compressors óptics isótrops i dispositius capaços d’aconseguir diagrames de radiació complexos a partir d’una Font omnidireccional de forma senzilla. Finalment, hem estudiat en profunditat alguns aspectes teòrics de l’òptica de transformació. El citat estudi ens ha permés desenrotllar dispositius de gran interés que podrien trovar aplicació en processat d’alta velocitat i xàrcia de comunicacions. Estos inclouen acobladors ultracompactes per a guies nanofotòniques d’alt índex, hiperlentes planes sense reflexions, acobladors per a guies metàl_liques amb diferent secció transversal i dispositius capaços d’adaptar llum a plasmons superficials confinats en superfícies metàl_liques sense estructurar, amb amples de banda angulars considerablement majors que els dels acobladors convencionals.