Kemoterapi kanker paru-paru biasanya diberikan dalam waktu seminggu setelah rawat inap. Kemoterapi kanker paru-paru terutama merupakan kombinasi obat kemoterapi generasi ketiga berdasarkan cisplatin, seperti cisplatin dikombinasikan dengan gemcitabine, docetaxel atau vincristine, pemetrexed dan sebagainya. Salah satu dari keempat obat ini dapat dikombinasikan dengan cisplatin untuk membentuk rejimen kemoterapi. Umumnya, obat kemoterapi ini digunakan setiap tiga minggu sekali selama sekitar tiga hari setiap kali, dan infus dapat diselesaikan dalam satu hari. Efek samping kemoterapi terutama mencakup reaksi gastrointestinal seperti mual dan muntah, atau reaksi sistem darah seperti penurunan sel darah putih, anemia dan trombositopenia, dll. Efek samping ini dapat dikurangi secara signifikan melalui pengobatan simtomatik dan tidak mempengaruhi jalannya kemoterapi normal.