Наиболее чувствительным к химиотерапии является мелкоклеточный рак легкого. Мелкоклеточный рак легкого очень чувствителен к химиотерапии, такой как режим цисплатин плюс этопозид, из-за его быстрого роста и высокой степени злокачественности, и опухоль быстро исчезает или даже переходит в полную ремиссию после 1-2 циклов химиотерапии. Мелкоклеточный рак легкого склонен к рецидивам или отдаленным метастазам, поэтому 2 циклов химиотерапии недостаточно, обычно требуется 6-8 циклов химиотерапии. Другие виды рака легких, такие как аденокарцинома и сквамозная карцинома, обычно гораздо менее чувствительны к химиотерапии, чем мелкоклеточная карцинома. Хотя чувствительность химиотерапии не так высока, как при мелкоклеточной карциноме, послеоперационная адъювантная химиотерапия или паллиативная химиотерапия необходима, когда этого требует болезнь, например, при распространенном немелкоклеточном раке легкого и послеоперационном метастазировании в лимфатические узлы.