一些小細胞肺癌無法手術切除，對於不能手術切除的肺癌的治療主要是化療和分子靶向治療，一般首選化療。小細胞肺癌的二線化療是指一線化療失敗或一線化療結束後經歷不同病情穩定期再復發所需的化療。小細胞肺癌二線化療的有效率較高，臨床試驗結果顯示，對於小細胞肺癌復發患者分別進行支援治療和二線化療，支援治療組的生存期相比二線化療組明顯縮短。複發性小細胞肺癌的二線化療有效率主要需參考一線化療後緩解到腫瘤復發的時間。根據二線化療的有效率可將小細胞肺癌分為難治性小細胞肺癌和敏感性小細胞肺癌兩種。難治性小細胞肺癌是指一線治療無效或一線治療後緩解時間短於3個月的患者，具有高度耐藥性，且一般對任何細胞毒性藥物都無作用。這種腫瘤二線化療只作為搶救性治療，藥物有效率低於10%，生存期通常為二線治療後數週。而敏感性小細胞肺癌腫瘤緩解至進展時間超過3個月，二線治療的治療效果可增加，其有效率可因腫瘤緩解至進展時間的延長而增加。

小細胞肺癌的治療以化療為主，可以聯合放療或免疫細胞療法，病情不同，採取治療方案不同，因人而異。 飲食應富於營養、維生素A、D，應多吃新鮮蔬菜和水果，不要吃辛辣刺激的食物。