目的?分析血清神经元特异性烯醇化酶（NSE）、鳞状细胞癌抗原（SCC）、癌胚抗原（CEA）在非小细胞肺癌中的表达及临床意义，为临床提供参考。方法?选取2018年3月至2023年3月周至县人民医院收治的102例非小细胞肺癌患者为观察组，另选取同期于周至县人民医院体检的80例健康者为对照组，进行回顾性分析。比较观察组与对照组研究对象血清NSE、SCC和CEA水平，比较不同临床病理特征患者血清NSE、SCC和CEA水平；根据观察组患者的生存情况分为预后不良组（27例）和预后良好组（75例），比较不同预后患者的血清NSE、SCC、CEA水平；采用受试者操作特征（ROC）曲线分析血清NSE、SCC、CEA水平预测非小细胞肺癌患者预后不良的价值。结果?观察组研究对象的血清NSE、SCC、CEA水平均高于对照组（均P<0.05）。不同病理类型、肿瘤最大直径患者的血清NSE、SCC、CEA水平比较，差异均无统计学意义（均P>0.05）；临床分期Ⅲ~Ⅳ期患者的血清NSE、SCC、CEA水平均高于Ⅰ~Ⅱ期患者，淋巴结转移患者的血清NSE、SCC、CEA水平均高于无转移患者，低分化患者的血清NSE、SCC、CEA水平均高于中高分化患者（均P<0.05）。ROC曲线分析结果显示，血清NSE、SCC、CEA水平预测非小细胞肺癌患者预后不良的曲线下面积（AUC）分别为0.841、0.909和0.732，灵敏度分别为0.810、0.886和0.742，特异度分别为0.872、0.903和0.806（均P<0.05）。结论?血清NSE、SCC、CEA水平与非小细胞肺癌患者的临床分期、淋巴结转移及分化程度密切相关，上述指标预测非小细胞肺癌患者预后不良具有较高的灵敏度与特异度。