以非特异性免疫治疗、特异性免疫治疗以及基因治疗为代表的免疫治疗方法。
当前肺癌生物治疗大致分为三类：非特异性免疫治疗、特异性免疫治疗以及基因治疗。其中非特异性免疫治疗和特异性免疫治疗在当前肿瘤治疗中运用得最为广泛。非特异性免疫反应可以被一组从完整的微生物、细菌衍生物到细胞因子等高度异源性的分子所诱导产生。绝大多数这类物质通过诱导强烈的炎症反应，从而间接活化抗原递呈细胞，如树突状细胞（DC）来诱导细胞和体液免疫反应。特异性免疫是经过后天感染或人工预防接种而使机体获得抵抗能力。
细胞免疫治疗主要是从患者外周血中分离单个核细胞，应用先进的生物技术在体外进行培养后回输到患者体内，不仅可以准确高效的杀灭肿瘤细胞，还能激发机体产生抗肿瘤的免疫反应，从而使免疫系统发挥正常作用以杀死肿瘤细胞，并启动免疫监视防治肿瘤的转移和复发。
最早将免疫治疗引入肿瘤治疗的是美国的William Coley博士。他在一例伴细菌感染的肉瘤患者中观察到肿瘤的消退。这开启了早期免疫治疗的大门。免疫治疗提供了一种细胞毒性药物替代物的可能。随着人们对肿瘤免疫学的进一步认识，免疫疗法已经被看作肿瘤综合治疗的重要组成部分，这也为肺癌的治疗打开了一扇通往免疫治疗的大门，突破了传统治疗策略的瓶颈。2015年10月，PD-1单抗帕博丽珠单抗获得美国FDA批准，成为世界上首个获批治疗晚期（转移）非小细胞肺癌的一线免疫治疗药物。