Ongeveer 20% van alle longkankergevallen is kleincellig. Deze vorm van longkanker (soms ook oat cell cancer genoemd) bestaat uit zeer kleine, zich razendsnel delende en door het lichaam verspreidende kwetsbare cellen. Het gevolg daarvan is dat wanneer er klachten ontstaan dit type longkanker dan ook meestal al is uitgezaaid naar de lymfeklieren en andere organen zoals de hersenen, lever en botten. De behandeling bestaat dan ook vrijwel alleen uit het afremmen van de ziekte.
Omdat kleincellige longkanker een geheel andere behandeling vereist dan niet-kleincellige longkanker, zal er meestal niet gekozen worden voor een operatie. Uitsluitend als de tumor nog klein is, niet ingegroeid en er geen uitzaaiingen ontdekt zijn, kan operatie overwogen worden. Anders betreft de behandeling radiotherapie (bestraling) en chemotherapie (cyto-statica, geneesmiddelen gericht op tegengaan van celdeling en celvernietiging). Beperkt de ziekte zich tot de borstkas dan kan behalve chemotherapie ook een radiotherapiebehande-ling worden gegeven, met een patiëntengenezingskans van 10 tot 15%. Bij het afremmen van de ziekte geeft chemotherapie de beste resultaten. De chemotherapie wordt meestal als cytostaticakuur toegediend. Dit is een schema volgens welke de cytostatica een aantal dagen/uren wordt toegediend, gevolgd door een rustperiode van een aantal weken/dagen zonder cytostatica. Deze kuur wordt enige malen herhaald.
Aangezien cytostatica niet alleen de kanker maar ook de gezonde cellen aantast, kunnen bijwerkingen optreden die onaangenaam zijn, zoals haaruitval, braken, misselijkheid, darm-stoornissen, vermoeidheid en verhoogd infectierisico en soms onvruchtbaarheid, die blijvend kan zijn. Het hangt onder meer af van de soort en dosering of last wordt ondervonden van bijwerkingen.