Kemoterapi neoadjuvan untuk kanker paru didefinisikan sebagai terapi sitoreduktif sebelum pengobatan lokal. Ini adalah bentuk alternatif pembedahan yang dikombinasikan dengan kemoterapi, dan berbeda dengan kemoterapi adjuvan, kemoterapi neoadjuvan merupakan kemajuan terapi sistemik untuk mendahului pengobatan lokal. Manfaat potensial dirangkum oleh masing-masing keluarga yang menuntut: pembunuhan dini mikrometastasis sistemik melalui pembuluh darah utuh yang dilengkapi dengan agen kemoterapi. Mengurangi beban tumor lokal, mengurangi stadium tumor, meningkatkan kemungkinan reseksi bedah dan meningkatkan tingkat reseksi bedah lengkap. Memandu kemoterapi pasca operasi yang tepat dengan mengevaluasi efektivitas kemoterapi secara in vivo; mencegah penyebaran tumor intraoperatif, menghindari kekambuhan dan metastasis tumor pasca operasi serta memperpanjang kelangsungan hidup; dan meningkatkan kepatuhan dan toleransi pasien. Roch dkk. telah melakukan banyak penelitian retrospektif dan prospektif yang telah mengonfirmasi bahwa kemoterapi pra operasi untuk NSCLC aman dan dapat ditoleransi dengan baik oleh pasien. Penggunaan kemoterapi neoadjuvan pada pasien dengan NSCLC stadium IIIA bermanfaat dalam meningkatkan tingkat reseksi bedah dan meningkatkan kelangsungan hidup. Dalam sebuah studi prospektif, Thiers secara acak membagi kasus NSCLC stadium IIIA ke dalam kelompok kemoterapi neoadjuvan dan kelompok hanya operasi. Kelompok kemoterapi neoadjuvan menerima tiga siklus kemoterapi pra-operasi dengan rejimen siklofosfamid, etoposida, dan cisplatin, dan menemukan bahwa kelangsungan hidup rata-rata dari kedua kelompok masing-masing adalah 64 bulan dan 11 bulan, dengan tingkat kelangsungan hidup 3 tahun masing-masing 56% dan 15%, dengan perbedaan yang signifikan secara statistik di antara kedua kelompok. Sekelompok 373 pasien stadium I-IIIA yang dapat dioperasi secara acak dibagi menjadi mereka yang menerima 2 siklus kemoterapi rejimen mitomisin, isosiklofosfamid, dan cisplatin untuk pembedahan dan mereka yang menerima pembedahan saja, yang dikelompokkan menjadi 187 dan 186 pasien. Kelompok kemoterapi pra-operasi mencapai remisi parsial klinis dan remisi lengkap patologis sebelum pembedahan, kemudian menerima 2 siklus pengobatan setelah pembedahan, dan rata-rata kelangsungan hidup dari kedua kelompok adalah 37 dan 26 bulan. Perbedaan kelangsungan hidup meningkat dari 8,3% pada 1 tahun menjadi 8,6% pada 4 tahun, dengan penerima manfaat yang signifikan secara statistik terbatas pada pasien stadium N0.N1. Namun, penelitian ini menemukan bahwa 90% subjek menerima dosis pengobatan yang direncanakan, meningkatkan kepatuhan terhadap pengobatan yang baik dengan kemoterapi neoadjuvan. Rosell et al. secara prospektif mengacak penelitian terhadap 60 kasus stadium IIIA di mana kelompok kemoterapi neoadjuvan menerima 3 siklus kemoterapi rejimen dengan mitomisin, isosiklofosfamid, dan cisplatin. Kelompok kontrol menjalani pembedahan langsung, menghasilkan kelangsungan hidup rata-rata 26 bulan dan 8 bulan pada kedua kelompok, dengan perbedaan yang signifikan secara statistik masing-masing sebesar 30% dan 0% untuk kelangsungan hidup 3 tahun.