临床前研究显示，EGFR-TKI、厄洛替尼和多靶点叶酸拮抗剂培美曲塞对于NSCLC细胞系具有潜在的协同作用。这种协同作用的分子机制可包括对EGFR和Akt磷酸化的调节，也可包括胸苷酸合成酶（TS）在所有NSCLC细胞中的表达和活性均显著降低。随后，一些I~II期研究显示，EGFR-TKI+培美曲塞联合治疗经治NSCLC患者具有良好的活性和耐受的安全性；与临床选定的不吸烟非鳞癌患者中单用两种药物相比，该联合疗法可显著延长PFS。
数项III期研究探讨了EGFR-TKI联用化疗作为一线治疗的疗效，并未发现这些联合疗法在存活期方面有何效益，这可能是因为在研究过程中纳入了野生型患者。其中，CALGB30406研究评价了厄洛替尼联用或未联用含铂化疗的疗效。受试者系临床选择的晚期肺腺癌患者，无吸烟史或既往系轻度吸烟者；
在总体研究人群中两个治疗组间疗效相似。随后的EGFR突变分析表明，EGFR突变阳性肿瘤患者最有可能受益，厄洛替尼单药组中位PFS达14.1个月，OS为31.3个月；厄洛替尼+含铂化疗则更高（PFS 17.2个月，OS为38.1个月）。这些数据表明，EGFR TKIs同步联合化疗可改善特定分子学亚组患者的生存期。类似地，FASTACT2随机III期研究也显示，化疗+厄洛替尼序贯联用可延长EGFR突变阳性NSCLC患者的生存期。
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