Le terapie biologiche sono costituite da farmaci innovativi diretti, in genere, contro un bersaglio molecolare presente sulle cellule tumorali. Sono adatte solo nelle persone con cellule tumorali che producono particolari proteine. Sarà compito dell'oncologo prescrivere i test specifici su un piccolo campione di cellule prelevate dal polmone (biopsia) per determinare se questi farmaci possano essere impiegati. Nel cancro al polmone, in casi difficili da curare con le terapie convenzionali, come la chirurgia o la radioterapia, studi recenti hanno mostrato un aumento significativo delle risposte e della sopravvivenza grazie alle terapie a bersaglio molecolare ed alla immunoterapia (che sfrutta il sistema immunitario di ciascuno per combattere il cancro).