Las soluciones basadas en nanopartículas (NP) para la oncoterapia prometen una mayor eficiencia de la respuesta anticancerígena, así como un mayor confort para el paciente. Los avances actuales en el tratamiento del cáncer basados en nanotecnología explotan la capacidad de estos sistemas para atravesar barreras biológicas y dirigirse a la célula tumoral, así como a los orgánulos de la célula tumoral. En particular, las NPs de óxido de hierro se están empleando clínicamente en el manejo oncológico debido a esta capacidad. Al diseñar una terapia anticancerígena eficiente basada en NPs, es importante conocer y modular los fenómenos que ocurren durante la interacción de las NPs con las células tumorales, así como con los tejidos normales. En este sentido, nuestra revisión se centra en resaltar diferentes enfoques para estudiar los patrones de internalización de las NPs de óxido de hierro en modelos celulares in vitro simples y complejos en 2D y 3D, así como en tejidos vivos, con el fin de investigar la funcionalidad de un tratamiento basado en NPs.