胸腺小细胞癌的治疗以手术切除为主，可进行普通的开胸手术，也可进行腔镜微创手术及机器人手术。此病对化疗和放射治疗不敏感，可试用。
一、药物治疗
可采用依托泊苷和顺铂等化疗方案，但疗效不明显。
二、手术治疗
1、肿瘤切除：需由专科的医生行此手术，可由传统的胸骨正中切口进入胸腔，也可由侧部的肋骨处开胸。两种方式的选择主要是根据肿瘤的具体位置进行选择，全麻-硬膜外联合麻醉方法与硬膜外自控镇痛方法效果显著，可以缩短患者的苏醒时间，具备实用价值。切除时候可做稍微的扩大切除，以保证肿瘤组织的切除干净。
2、腔镜微创手术和机器人手术：此两种方法为近几年来新兴的手术方式，腔镜微创已较为成熟，机器人手术的技术成熟度稍差一些。但是，此两种手术还是具有一些不便的地方。其也具有各自的优点，临床选择需根据肿瘤的具体情况而定。
三、放射治疗
可通过放射性对肿瘤进行照射，起到杀死肿瘤或抑制其生长的作用。但是，此肿瘤对于放射治疗不敏感。