Kanker paru-paru yang paling sensitif terhadap kemoterapi adalah kanker paru-paru sel kecil. Kanker paru-paru sel kecil sangat sensitif terhadap kemoterapi seperti rejimen cisplatin plus etoposide karena pertumbuhannya yang cepat dan keganasannya yang tinggi, dan tumor akan menghilang dengan cepat atau bahkan mengalami remisi total setelah 1-2 siklus kemoterapi. Kanker paru-paru sel kecil rentan terhadap kekambuhan atau metastasis jauh, sehingga 2 siklus kemoterapi tidak cukup dan biasanya diperlukan 6-8 siklus kemoterapi. Kanker paru-paru lainnya seperti adenokarsinoma dan karsinoma skuamosa biasanya jauh kurang sensitif terhadap kemoterapi daripada karsinoma sel kecil. Meskipun sensitivitas kemoterapi tidak setinggi karsinoma sel kecil, kemoterapi ajuvan pascaoperasi atau kemoterapi paliatif diperlukan kapan pun penyakit ini memerlukannya, seperti kanker paru-paru non-sel kecil stadium lanjut dan metastasis kelenjar getah bening pascaoperasi.