目的探讨血清肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体（TRAIL）联合泛免疫炎症值（PIV）对晚期非小细胞肺癌（NSCLC）免疫治疗效果及预后的预测价值。方法选取2021年4月至2023年4月在该院接受免疫治疗的晚期NSCLC患者152例作为NSCLC组，另选取同期在该院体检的健康志愿者76例作为对照组。根据晚期NSCLC患者治疗3个月后的治疗效果分为无效组和有效组，根据1年预后分为死亡组和存活组。检测所有研究对象血清TRAIL水平及计算PIV；采用多因素Logistic回归分析影响晚期NSCLC患者免疫治疗预后的因素；绘制受试者工作特征（ROC）曲线分析TRAIL、PIV单项及联合对晚期NSCLC患者免疫治疗效果及预后的预测价值。结果与对照组相比，NSCLC组血清TRAIL水平降低，PIV升高，差异均有统计学意义（P＜0.05）。152例NSCLC患者免疫治疗3个月后完全缓解0例、部分缓解90例、疾病稳定37例、疾病进展25例，免疫治疗无效率为40.79%（62/152）。与有效组相比，无效组血清TRAIL水平降低，PIV升高，差异均有统计学意义（P＜0.05）。ROC曲线分析结果显示，血清TRAIL、PIV单项及联合预测晚期NSCLC患者免疫治疗无效的曲线下面积（AUC）分别为0.784、0.797、0.877，2项联合预测的AUC大于血清TRAIL（Z＝3.416，P＝0.001）、PIV（Z＝2.813，P＝0.005）单项预测的AUC。152例晚期NSCLC患者免疫治疗1年后病死98例（死亡组），病死率为64.47%（98/152），存活组54例。死亡组和存活组PD-L1阳性联合分数（CPS）、美国东部肿瘤协作组（ECOG）评分、分化程度、血清TRAIL水平、PIV比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。多因素Logistic回归分析结果显示，CPS增加、血清TRAIL水平升高均是晚期NSCLC患者免疫治疗后死亡的独立保护因素（P＜0.05），ECOG评分为2分和PIV升高均是晚期NSCLC患者免疫治疗后死亡的独立危险因素（P＜0.05）。ROC曲线分析结果显示，血清TRAIL、PIV单项及联合预测晚期NSCLC患者免疫治疗后死亡的AUC分别为0.781、0.793、0.870，2项联合预测的AUC大于血清TRAIL（Z＝3.132，P＝0.002）、PIV（Z＝2.497，P＝0.013）单项预测的AUC。结论晚期NSCLC患者血清TRAIL水平降低，PIV升高，2项指标均与免疫治疗效果及预后有关，血清TRAIL联合PIV对晚期NSCLC患者免疫治疗效果及预后均有一定的预测价值。