与肺癌相关的血清肿瘤标志物有NSE、SCC、CEA、CA125、Cyfra21-1等，但这些指标的敏感性和特异性都不高，所以对肺癌的诊断价值有限，而且有些肺癌患者的肿瘤标志物并不高。目前，肿瘤标志物主要用于监测治疗反应、早期监测复发和提示预后的研究中。
癌胚抗原CEA：CEA是存在于成人癌症组织中的一种胎儿蛋白，CEA发现于1965年。它是一种酸性糖蛋白。它最初被认为是结肠癌的标志物（在60%至90%的病人中升高），但后来发现在胰腺癌（80%）、胃癌（60%）、肺癌（75%）和乳腺癌（60%）中也有高表达。CEA检测是一个有用的指标，用于癌症的辅助诊断、观察结果、预后和判断以及预测复发。
神经元特异性烯醇化酶（NSE）：
1、可作为小细胞肺癌的辅助诊断和疗效监测。当治疗有效时，NSE浓度逐渐下降到正常水平，当复发时，NSE浓度上升。用NSE升高来监测复发，比临床判断复发要早4-12周。
2、可用于监测神经母细胞瘤的变化，评价疗效和预测复发。
3、血清NSE在内分泌肿瘤中也可能增加，如嗜铬细胞瘤、胰岛细胞瘤、甲状腺髓样癌、黑色素瘤和视网膜母细胞瘤。
鳞状细胞癌抗原（SCC）： SCC是鳞状上皮癌的标志物，SCC在所有类型的鳞状癌中均有升高。鳞状肺癌的阳性率为46-90%，血清中SCC的浓度随疾病的发展而增加。
葡萄糖抗原125（CA125）：恶性肿瘤如肺癌、卵巢癌、子宫内膜癌、输卵管癌、胰腺癌、胃癌、乳腺癌和食道癌也可能升高。
