Debido a sus propiedades redox únicas, se ha demostrado que las nanopartículas de óxido de cerio (nanoceria) confieren radiosensibilización o radioprotección a las células humanas. Investigamos la capacidad de la nanoceria para modificar la salud celular y las especies reactivas de oxígeno (ROS) a diversas dosis absorbidas (Gray) de radiación ionizante en células de carcinoma de mama MDA-MB231. Utilizamos microscopía electrónica de transmisión para visualizar la captación y localización compartimental de la nanoceria dentro de las células a diversas concentraciones de tratamiento. Los efectos sobre la apoptosis y otros parámetros de salud celular se evaluaron utilizando imágenes de fluorescencia confocal y citometría de flujo sin y con diversas dosis absorbidas de radiación ionizante, junto con los niveles de ROS intracelulares. Nuestros resultados mostraron que la nanoceria fue absorbida por las células principalmente por macropinocitosis y segregada en grandes agregados dependientes de la concentración en macropinosomas. Los datos de imágenes confocales y citometría de flujo mostraron una disminución general en las poblaciones de células apoptóticas en proporción a las concentraciones crecientes de nanopartículas. Este aumento en la salud celular se observó con una reducción correspondiente en ROS en todas las dosis absorbidas probadas. Además, este efecto pareció ser más pronunciado a dosis más bajas en comparación con poblaciones no irradiadas o no tratadas. En conclusión, la nanoceria internalizada confiere radioprotección con una disminución correspondiente en ROS en células MDA-MB231, y esta propiedad conlleva peligros y oportunidades significativas cuando se utiliza en el contexto de la radioterapia.