El principal propòsito de esta tesis ha sido la búsqueda y caracterización de estrellas pobres en metales. Para ello se han analizado más de tres millones de espectros de baja resolución provenientes de Sloan Sky Digital Survey (SDSS) y de Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), y elaborado un catálogo de estrellas candidatas prometedoras. La principal herramienta de análisis espectroscópico  mpleada ha sido el código FERRE, que ha permitido derivar los parámetros atmosféricos estelares (temperatura efectiva, gravedad superficial), metalicidad y la abundancia de carbono. Un total de 54 candidatas han sido observadas espectroscópicamente a lo largo de 26 noches usando los instrumentos ISIS en el  elescopio de 4.2 m William Herschel (WHT) y OSIRIS en el telescopio de 10.4 m Gran Telescopio Canarias
(GTC). El analisis de estos espectros ha sido realizado con el código FERRE usando un grid de espectros sintéticos calculados con modelos de atmósfera de Kurucz y el código de síntesis espectral ASSET. El rasgo más importante que se ha usado para medir la metalicidad global ha sido la línea K de Ca II a 393.3 nm.
Como resultado se ha observado un muy buen acuerdo entre los valores de temperatura y metalicidad obtenidos con espectros del SDSS y los deriva dos con ISIS y/o OSIRIS. Además hemos conseguido mejoras significativas en la separación de las absorciones producidas por calcio interestelar gracias al pequeño aumento en resolución y a los altos valores de señal/ruido. Este hecho ha permitido confirmar, en más de un 85% de los casos, la baja metalicidad de las candidatas extraídas de SDSS/LAMOST, identificando un total de seis estrellas con metalicidades por debajo de [Fe/H]= −4.0. Asimismo, la inclusión de carbono en los modelos sintéticos de espectros estelares se ha revelado como una ventaja importante a la hora de  eleccionar candidatas. Además, gracias a las observaciones del telescopio GTC, se ha logrado identificar la estrella SDSS J1734+6446, la estrella enana ultra pobre en metales más débil que se conoce, con [Fe/H]= −4.3 y una magnitud en la banda g igual a 19.6. En esta tesis se incluye también el estudio en alta resolución de tres estrellas por debajo de [Fe/H]< −3.5 observadas con el espectrógrafo HRS en el telescopio Hobby-
Eberly. Esto ha permitido obtener robustas medidas de magnesio, estroncio y hierro. Como resultado más importante de esta tesis está el descubrimiento de J0815+4729, la segunda estrella más pobre en hierro conocida, con [Fe/H]≤−5.8 y un enorme enriquecimiento de carbono, [C/Fe]≥ +5.0. Esta interesante estrella fue identificada en observaciones del SDSS y posteriormente observado con ISIS y OSIRIS, obteniendo un espectro de alta calidad que ha permitido derivar sus parámetros estelares con alta precisión. Con espectroscopía de alta resolución, el estudio pormenorizado de esta enana única ayudará a entender la formación estelar a baja metalicidad, la función inicial de masa de las primeras estrellas y la evolución química de la Vía Láctea.