Ο μικροκυτταρικός καρκίνος των πνευμόνων αποτελεί μια ιδιαίτερη υποκατηγορία των καρκινωμάτων πνεύμονα και αντιπροσωπεύει το 15% των περιστατικών ετησίως. Οπως και στους υπόλοιπους τύπους καρκίνου του πνεύμονα, η διάγνωση της νόσου τίθεται από βιοπτικό υλικό που λαμβάνεται κατά τη βρογχοσκόπηση ή τη βιοψία πνευμονικής βλάβης ή αποτελεί εύρημα μετά από τη χειρουργική εξαίρεση μονήρους όζου πνεύμονα. Οι ασθενείς με μικροκυτταρικό καρκίνο διακρίνονται σε δυο στάδια: αυτούς που έχουν περιορισμένη νόσο, δηλαδή νόσο που εντοπίζεται σε ένα ημιθωράκιο και βρίσκεται εντός ενός πεδίου ακτινοβολίας και σε αυτούς που έχουν εκτεταμένη νόσο, δηλαδή είτε τοπικά εκτεταμένη είτε μεταστατική νόσο.
Κατά την αρχική διάγνωση το 30% των ασθενών έχουν περιορισμένη νόσο και η θεραπεία τους περιλαμβάνει τον συνδυασμό χημειοθεραπείας με ετοποσίδη και ανάλογο πλατίνας και ακτινοθεραπείας, η οποία θα πρέπει να χορηγείται εντός των δύο πρώτων κύκλων της χημειοθεραπείας. Οι ασθενείς που έχουν εκτεταμένη νόσο αντιμετωπίζονται με χημειοθεραπεία με τον συνδυασμό ετοποσίδης και αναλόγου πλατίνας. Οι ασθενείς που ανταποκρίνονται στη θεραπευτική αγωγή ή μπορούν να λάβουν προφυλακτική ακτινοβολία εγκεφάλου προκειμένου να μειωθεί η πιθανότητα υποτροπής της νόσου στον εγκέφαλο και να βελτιωθεί η επιβίωσή τους. Η πλειοψηφία των ασθενών με περιορισμένη νόσο ανταποκρίνονται στην παραπάνω θεραπευτική αγωγή αλλά δυστυχώς ένα μικρό ποσοστό από αυτούς ιώνται.
Οι ασθενείς που παρουσιάζουν υποτροπή της νόσου λαμβάνουν χημειοθεραπευτικά σχήματα τα οποία περιλαμβάνουν ανάλογα των ταξανών ή τοποτεκάνη. Σε αντίθεση με τον μη-μικροκυτταρικό καρκίνο των πνευμόνων οι εξελίξεις στον μικροκυτταρικό καρκίνο με βάση στοχευμένες θεραπείες ή ανοσοθεραπεία, υπολείπονται σημαντικά. Προσφάτως όμως έλαβε έγκριση από τον Αμερικανικό Οργανισμό Φαρμάκων το ανοσοθεραπευτικό σκεύασμα νιβολουμάμπη για τους ασθενείς με μικροκυτταρικό καρκίνο των  πνευμόνων που εμφάνισαν υποτροπή της νόσου έπειτα από χορήγηση χημειοθεραπείας. Η χορήγηση της νιβολουμάμπης ήταν αποτελεσματική σε περίπου 20% των ασθενών και μερικές από τις ανταποκρίσεις διατηρήθηκαν για σημαντικό χρονικό διάστημα. Αναμένεται ότι οι εξελίξεις στη βασική και μεταφραστική έρευνα θα οδηγήσουν σύντομα σε πιο αποτελεσματικές θεραπείες για την αντιμετώπιση αυτής της νόσου.