與肺癌相關的血清腫瘤標誌物有NSE、SCC、CEA、CA125、Cyfra21-1等，但這些指標的敏感性和特異性都不高，所以對肺癌的診斷價值有限，而且有些肺癌患者的腫瘤標誌物並不高。目前，腫瘤標誌物主要用於監測治療反應、早期監測復發和提示預後的研究中。
癌胚抗原CEA：CEA是存在於成人癌症組織中的一種胎兒蛋白，CEA發現於1965年。它是一種酸性糖蛋白。它最初被認為是結腸癌的標誌物（在60%至90%的病人中升高），但後來發現在胰腺癌（80%）、胃癌（60%）、肺癌（75%）和乳腺癌（60%）中也有高表達。CEA檢測是一個有用的指標，用於癌症的輔助診斷、觀察結果、預後和判斷以及預測復發。
神經元特異性烯醇化酶（NSE）：
1、可作為小細胞肺癌的輔助診斷和療效監測。當治療有效時，NSE濃度逐漸下降到正常水平，當復發時，NSE濃度上升。用NSE升高來監測復發，比臨床判斷復發要早4-12周。
2、可用於監測神經母細胞瘤的變化，評價療效和預測復發。
3、血清NSE在內分泌腫瘤中也可能增加，如嗜鉻細胞瘤、胰島細胞瘤、甲狀腺髓樣癌、黑色素瘤和視網膜母細胞瘤。
鱗狀細胞癌抗原（SCC）： SCC是鱗狀上皮癌的標誌物，SCC在所有類型的鱗狀癌中均有升高。鱗狀肺癌的陽性率為46-90%，血清中SCC的濃度隨疾病的發展而增加。
葡萄糖抗原125（CA125）：惡性腫瘤如肺癌、卵巢癌、子宮內膜癌、輸卵管癌、胰腺癌、胃癌、乳腺癌和食道癌也可能升高。
