The present invention provides therapeutic and diagnostic methods and compositions for cancer, for example, non-small cell lung cancer (NSCLC). The invention provides methods of treating NSCLC, methods of determining whether a patient suffering from NSCLC is likely to respond to treatment comprising a PD-L1 axis binding antagonist, methods of predicting responsiveness of a patient suffering from NSCLC to treatment comprising a PD-L1 axis binding antagonist, and methods of selecting a therapy for a patient suffering from NSCLC, based on expression levels of a biomarker of the invention (e.g., PD-L1 expression levels in tumor cells and/or tumor-infiltrating immune cells).La presente invención proporciona métodos y composiciones terapéuticos y diagnósticos para el cáncer, por ejemplo, cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC). La invención proporciona métodos de tratamiento de NSCLC, métodos de determinación de si un paciente que está padeciendo de NSCLC probablemente responda al tratamiento que comprende un antagonista de unión al eje de PD-L1, métodos de predicción de la capacidad de respuesta de un paciente que está padeciendo de NSCLC al tratamiento que comprende un antagonista de unión al eje de PD-L1 y métodos para seleccionar una terapia para un paciente que está padeciendo de NSCLC, en base a niveles de expresión de un biomarcador de la invención (por ejemplo, niveles de expresión de PD-L1 en células tumorales y/o células inmunes infiltrantes de tumores).