Összességében több mint húsz, randomizált, nagy betegszámú klinikai vizsgálat kutatta eddig a nem kissejtes tüdőrák (NSCLC) másodvonalbeli gyógyszeres kezelésének hatékonyságát. E vizsgálatok eredményei alapján a citotoxikus kemoterápiás szerek közül a docetaxel és a pemetrexed monoterápia tekinthető standard kezelésnek. Emellett epidermális növekedései faktor (EGFR) mutáció fennállásakor, amennyiben első vonalban a beteg nem kapott tirozin kináz gátló (TKI) kezelést mind a gefitinib, mind az erlotinib, mind pedig az afatinib másodvonalbeli terápiás lehetőség. KRAS-mutáció fennállásának kizárásával adenocarcinomában az EGFR-státus ismerete nélkül is alkalmazható erlotinib monoterápia második vonalban. Újabb adatok alapján ALK-pozitív NSCLC esetén az első vonalban alkalmazott crizotinib terápia során kialakult progressziókor a ceritinib hatékonynak bizonyult. Az első vonalban alkalmazott EGFRTKI-vegyületek során észlelt progresszió, illetőleg a rebiopszia vizsgálata alapján kimutatott T790M-mutáció fennállásakor fázis I-es vizsgálatok a harmadik generációs EGFRTKI vegyületek hatékonyságát jelzik. A multikináz angiogenezis gátló nintedanib docetaxellel kombinálva adenocarcinomában és a vaszkuláris endothel növekedési faktor (VEGF) ellenes antitest a ramicirumab szintén docetaxellel kombinálva NSCLC esetén szignifikáns túlélési előnyt mutatott a standard docetaxel monoterápiához viszonyítva nagy betegszámú fázis III-as vizsgálatokban másodvonalban.