目前晚期或者已发生转移的小细胞肺癌患者应用化疗，目前常用的化疗方案是以铂类为基础的两药联合，如依托泊苷加顺铂或卡铂。对于术前新辅助化疗后采取手术治疗的患者，需术后继续原方案的辅助化疗。临床分期为T1-2N0的小细胞肺癌患者可采取手术治疗。手术可以证实小细胞肺癌的诊断，术后联合放化疗可以减少局部的复发率。
大细胞肺癌的治疗原则与其他非小细胞肺癌的原则是没有什么差异。Ⅰ期大细胞肺癌首选手术治疗，完全性切除的ⅠA期的肺癌，术后不需要进行辅助放化疗，对于ⅠB期的肺癌患者辅助化疗仍有争议。ⅡB期大细胞肺癌首选手术治疗，完全性切除的Ⅱ期患者建议术后辅助化疗。ⅢA期的大细胞肺癌中T3N1M0的患者治疗原则同Ⅱ期，对于可切除的N2的局部晚期的大细胞肺癌患者，目前治疗方案为新辅助化疗加手术，以及术后的辅助放化疗。对于不可切除的局部晚期的大细胞肺癌患者，目前的治疗方案为含铂方案的化疗加放射治疗联合。Ⅳ期的大细胞肺癌患者应以化疗为主的全面治疗手段，如存在EGFR基因突变，可行靶向治疗，治疗目的为延长生命、提高生活质量。