Изобретение относится к области медицины, в частности молекулярной биологии и онкологии, и касается системы маркеров, представляющую собой группу генов микроРНК: miR-129-2, miR-125b1, miR-137 и miR-375, для диагностики немелкоклеточного рака легкого, включая плоскоклеточный рак и аденокарциному. Выявление метилирования по крайней мере одного маркера из этой системы служит диагностическим признаком. Система маркеров позволяет выявить немелкоклеточный рак легкого на ранних клинических стадиях заболевания с высокой клинической чувствительностью и специфичностью. Система маркеров на основе группы генов микроРНК для диагностики немелкоклеточного рака легкого, включая плоскоклеточный рак и аденокарциному, путем выявления метилирования, по крайней мере, одного маркера из этой группы, отличающаяся тем, что маркерами являются гены: miR-129-2, miR-125b1, miR-137 и miR-375.