Deoarece cancerul pulmonar evoluează o perioadă îndelungată fără semne sau simptome, boala este adesea descoperită tardiv, în stadii avansate. În aceste stadii, tratamentul pentru cancer pulmonar presupune intervenții multimodale, adică o combinație de metode terapeutice, care include adesea chimioterapia, radioterapia externă, imunoterapia și terapiile țintite. În stadiile avansate, tratamentul chirurgical este mai puțin indicat, deoarece boala cel mai adesea nu mai poate fi vindecată prin extirparea tumorii primare, existând deja metastaze loco-regionale și chiar la distanță.

Cel mai frecvent, tratamentul multimodal include și radioterapie, deoarece aceasta este o modalitate foarte utilă pentru controlul local al tumorii primare. În cazurile în care tumora este limitată la plămâni, radioterapia poate fi administrată înainte și după intervenția chirurgicală. În celelalte situații, se începe cu o combinație de radioterapie și chimioterapie, urmate de o reevaluare.