化疗 替莫唑胺（TMZ）在脑胶质瘤中的疗效已获证实，在肺癌等脑转移中亦初显疗效。一项Ⅱ期研究显示，TMZ单药治疗30例非小细胞肺癌（NSCLC）脑转移患者的客观缓解率（ORR）为10%，获得缓解患者的至疾病进展时间（TTP）和总生存期（OS）分别达到11~19个月和14~24个月。
在另一项Ⅱ期研究中，小剂量TMZ治疗复发难治NSCLC患者（其中39%的患者合并脑转移）的疾病控制率（DCR）为16.2%，TTP和OS分别为2.4个月和3.3个月。
一项Ⅱ期研究显示，TMZ联合顺铂序贯全脑放疗治疗50例NSCLC脑转移患者的ORR为16%，TTP和OS分别为2.3个月和5个月。而另两项Ⅱ期研究显示，TMZ同步放化疗的ORR可达45%~58%，OS长达12~13个月，表明同步放化疗可能优于序贯化放疗或单一化疗。另外，有研究显示，TMZ联合托泊替康治疗NSCLC，仅8%的患者最终出现脑转移，远低于文献报告的50%，提示TMZ可能有预防脑转移的作用。
靶向治疗 目前，已有多项研究证实酪氨酸激酶抑制剂（TKI）治疗肺癌脑转移的有效性，其中被研究较多的是吉非替尼。日本一项回顾性研究显示，在采用吉非替尼治疗的14例颅内和颅外转移的NSCLC患者中，6例获得颅内病灶缓解。
在一项前瞻性Ⅱ期研究中，吉非替尼治疗41例NSCLC脑转移患者的ORR为10%，中位无进展生存期（PFS）和OS分别为3个月和5个月，其中腺癌患者的生存期相对较长（P=0.04）。
另一项中国的前瞻性研究纳入经筛选的40例肺腺癌脑转移患者，吉非替尼治疗的有效率为38%，DCR为92%，症状改善或消失者达48%，中位PFS为9个月，中位OS为15个月，皮疹发生率100%，但多为1~2级。该研究表明吉非替尼治疗经筛选的脑转移患者的疗效优于未筛选者。
多项回顾性分析亦显示，皮疹和EGFR突变患者吉非替尼治疗的疗效更好。因此，EGFR突变或具有特定临床特征的脑转移患者接受TKI治疗的临床获益可能更明显。