プラチナ（白金）製剤といわれるシスプラチン、カルボプラチンのどちらかに、90年代に登場した新しい抗がん剤（新規抗がん剤）のうちいずれか1種類を選んで併用し、3-4週ごとに４回治療すること（プラチナ二剤療法）が標準的です。大規模な検討の結果、どの組み合わせで治療を行っても得られる効果は大体同じくらいと考えられており、中間生存期間は約1年、1年生存率は50％から60％です。高齢者や、PS不良患者には、新規抗がん剤の中から1種類だけ選んで単独で投与する治療法もよく行われます。
最近承認されたペメトレキセドには組織型による効果の差があります。すなわち、腺がんを中心とする非扁平上皮がんにおいて、シスプラチン＋ゲムシタビン群に比べてシスプラチン＋ペメトレキセド群は有意に生存期間を延長することが認められました。従来の抗がん剤では、非小細胞肺がんの中で組織型によって薬剤を選択することはなかったのですが、ペメトレキセドの登場によって、組織型に応じてより適切な治療法を考慮していくことが可能となりました。
抗がん剤の副作用は薬の種類によって異なりますが、アレルギー反応、消化器症状（嘔気・嘔吐）、血液毒性（白血球減少・貧血・血小板減少）、肝障害、肺障害、腎障害・心毒性、末梢神経障害（しびれ）、脱毛、便秘・下痢などがあります。
プラチナ二剤治療を行った後、二回目に行う治療をセカンドライン治療といいますが、その治療はドセタキセルやペメトレキセドの単剤使用が標準的です。
