La terapia de bloqueo de puntos de control inmunitario (ICB, por sus siglas en inglés) ha mejorado drásticamente la supervivencia en pacientes con cáncer de pulmón no microcítico metastásico (mNSCLC). Sin embargo, solo algunos experimentan una respuesta clínica duradera y muchos desarrollarán eventos adversos relacionados con el sistema inmunitario (irAEs). La identificación de biomarcadores predictivos y pronósticos que puedan evaluarse sin necesidad de biopsia tumoral puede facilitar la detección temprana de no respondedores y la orientación óptima del tratamiento. En esta Tesis, se ha explotado la capacidad de marcación biológica de múltiples componentes de la sangre periférica para caracterizar la resistencia al ICB y generar nuevos biomarcadores predictivos y pronósticos no invasivos. La principal fortaleza de este estudio radica en el análisis de muestras longitudinales prospectivas y en la caracterización clínica y seguimiento de los pacientes durante una mediana de 34 meses. Hay evidencia emergente que muestra que la concentración de ADN libre en células circulantes (cfDNA) tiene valor pronóstico y predictivo en el contexto del ICB, pero esto aún no se ha caracterizado completamente. El cfDNA se deriva principalmente de los leucocitos, pero en pacientes con cáncer puede incluir ADN tumoral circulante. La evaluación epigenética del cfDNA puede proporcionar un perfil tumoral y reflejar respuestas inmunitarias que pueden marcar conjuntamente la respuesta al ICB y/o el pronóstico en estos pacientes. Aunque las firmas epigenéticas tumorales tienen utilidad diagnóstica y pronóstica en múltiples tipos de cáncer, los perfiles epigenéticos de cfDNA en mNSCLC y después del ICB aún no están completamente caracterizados.