Vedle cytotoxické a cílené léčby se imunoterapie stala další možnou alternativou v terapii pokročilého bronchogenního karcinomu. Pembrolizumab je humanizovaná IgG4 monoklonální protilátka proti PD-1, která byla schválena FDA a EMA k léčbě lokálně pokročilého nebo metastazujícího nemalobuněčného karcinomu plic u pacientů, jejichž nádory exprimují PD-L1 a kteří již byli léčeni nejméně jedním chemoterapeutickým režimem.
Pacienti s pozitivními nádorovými mutacemi EGFR nebo ALK musí před léčbou pembrolizumabem být léčeni terapií schválenou při těchto mutacích. Bezpečnost a účinnost pembrolizumabu byly hodnoceny ve studii fáze II/III KEYNOTE-010.