目的探讨培美曲塞和顺铂联合125I粒子植入治疗晚期非小细胞肺癌（NSCLC）的临床疗效。方法将我院2018年7月至2019年7月收治的68例晚期NSCLC患者分为观察组和对照组，每组34例。对照组接受培美曲塞和顺铂化疗，观察组接受培美曲塞和顺铂化疗联合125I粒子植入放疗。治疗3个月后，比较两组患者的血清细胞角蛋白19碎片（CYFRA21-1）和神经元特异性烯醇化酶碎片（NSE）水平，并比较两组患者的短期临床疗效和生活质量。结果治疗前，两组CYFRA21-1和NSE水平无显著性差异（P>0.05）。治疗3个月后，两组患者CYFRA21-1和NSE水平显著下降，观察组患者水平显著低于对照组，观察组总有效率（82.35%）显著高于对照组（55.88%）（P<0.05）。治疗前，两组患者的身体功能、心理功能、社会功能和物质生活评分无显著性差异（P>0.05）。治疗3个月后，两组患者的身体功能、心理功能、社会功能和物质生活评分均显著高于对照组。观察组患者的评分明显高于对照组（P<0.05）。结论培美曲塞和顺铂联合125I粒子植入治疗晚期非小细胞肺癌患者近期疗效良好，能有效改善患者的病情和生活质量。