小细胞肺癌的治疗以手术、放疗、化疗为主。手术治疗只有少部分早期（T1～2N0M0）小细胞肺癌的患者适于手术治疗。常用的手术方法包括传统的开胸直视手术和胸腔镜手术（VATS），目前在大型综合医院胸腔镜手术已经取代开胸手术成为大部分肺癌手术的首选手术方式。手术为小细胞肺癌唯一可达到根治效果的治疗方式。化疗、放疗对于大部分不能手术的小细胞肺癌患者多采取放化疗联合的治疗方式。通常情况下首先要进行全身化疗，方案多为依托泊苷/伊立替康+铂类的两药联合方案，通常进行4～6周期，如果发生耐药，也可更换为其他化疗方案。放疗是一种局部治疗手段，主要针对原发病灶或转移病灶的治疗，对于预防性的全脑放疗，现在仍存在一定争议。放、化疗可同时进行，也可按照顺序先后进行。大多数小细胞肺癌对放、化疗较敏感，治疗初期可有明显效果，但大部分患者化疗后很可能产生耐药，影响后续的治疗效果。其他治疗非小细胞肺癌的靶向治疗药物进展较快，但小细胞肺癌的靶向药物仍处于研究阶段，未在临床上广泛应用。通过注射胸腺肽、白介素等免疫治疗药物对治疗小细胞肺癌有辅助治疗作用。免疫治疗如程序性细胞死亡分子1（PD-1）及其受体（PD-L1）通路的单克隆抗体药物，对延长小细胞肺癌患者的生存期可能有益，但未在临床上广泛应用。生物治疗，获取患者血液中的NK（自然杀伤细胞）经体外处理后再会输到患者体内达到杀灭肿瘤细胞的目的，主要应用于非小细胞肺癌等其他恶性肿瘤，应用于小细胞肺癌的研究较少，其疗效在临床上存在争议。另外还有介入治疗、光动力治疗、中医药的治疗等，都可作为治疗小细胞肺癌的辅助手段。