Les cancers bronchopulmonaires synchrones sont rares, l’association cancer bronchique non à petites cellules (CBNPC) et à petites cellules (CBPC) est exceptionnelle. Nous rapportons l’observation d’un homme de 61 ans présentant un adénocarcinome et un CBPC, synchrones homolatéraux, qui pose la question de la nécessité d’obtenir une histologie de toutes les lésions homolatérales dans le même lobe ou dans des lobes différents et de la difficulté de la prise en charge thérapeutique sans recommandation formelle. L’anamnèse, l’examen physique, la biologie, l’imagerie et le¹⁸F-FDG TEP-TDM ne permettent pas d’évoquer la possibilité de tumeurs synchrones d’histologie différente en présence de deux lésions. Le pronostic est sombre et le traitement chirurgical reste le seul traitement permettant d’optimiser le pronostic. Notre observation, en plus de rapporter un cas rare, illustre les difficultés diagnostiques et thérapeutiques face à deux cancers d’histologie et de prise en charge différentes.