O câncer de pulmão, patologia de alta morbimortalidade, possui alta prevalência mundial, sendo o carcinoma de células não pequenas (NSCLC) o mais comum. A diversidade genômica desses tumores explicita a limitação de terapêuticas generalizadas e evidencia o potencial da medicina personalizada como tratamento mais individualizado e assertivo no contexto oncológico. Esse artigo trata-se de uma revisão de literatura acerca da aplicação da medicina personalizada na conduta clínica de casos de NSCLC, com enfoque na análise de possíveis terapêuticas guiadas por biomarcadores genômicos específicos. Com a aplicação dos critérios de inclusão e exclusão, 7 artigos foram selecionados para a elaboração desta revisão. Dentre as mutações elegíveis à terapêutica personalizada, destacam-se EGFR e HER2. Nesse cenário, para o usufruto dos benefícios da abordagem genômica, é preciso ampliar investimento tecnológico em medicina personalizada para otimizar o seguimento de casos de NSCLC.