The present invention is directed to methods for the treatment of cancer with a combination of radiation, cerium oxide nanoparticles and at least one chemotherapeutic agent. Cerium oxide nanoparticles (CONPs) are nanometer-sized crystals of cerium oxide, typically ranging between about one nanometer to about 20 nanometers in longest dimension. The present methods use cerium oxide nanoparticles to enhance radiation-induced and chemotherapy-induced cancer cell death and also reduce the toxicity associated with radiation therapy and chemotherapy.La presente invención se dirige a métodos para el tratamiento de cáncer con una combinación de radiación, nanopartículas de óxido de cerio y al menos un agente quimioterapéutico. Las nanopartículas de óxido de cerio (CONPs) son cristales del tamaño de nanómetro de óxido de cerio, que varían típicamente entre aproximadamente un nanómetro a aproximadamente 20 nanómetros en la dimensión más larga. Los presentes métodos usan nanopartículas de óxido de cerio para mejorar la muerte de células cancerosas inducidas por radiación e inducidas por quimioterapia y también para reducir la toxicidad asociada con la terapia de radiación y quimioterapia.