As moléculas antineoplásicas derivadas de plantas têm ganhado atenção frente aos tratamentos convencionais do câncer. Assim, esse trabalho tem como objetivo avaliar a atividade antineoplásica de extratos de plantas derivadas do Bioma Cerrado em linhagens de carcinoma de cabeça e pescoço (HNSCC). Também, objetiva-se averiguar a ação concomitante do tratamento radioterápico associado aos extratos de plantas do Cerrado e o possível sinergismo entre eles, além de identificar vias de ação e substâncias com potencial biológico nas linhagens de HNSCC. Para os experimentos foram usados extratos de folhas das espécies Erythroxylum daphnites, E. suberosum, E. subrotundum, Pouteria ramiflora e P. torta provenientes do bioma Cerrado. Para cada planta foram produzidos três diferentes extratos divididos de acordo com sua solubilidade e polaridade, são eles: aquoso, etanólico e hexânico. Os extratos com maior atividade citotóxica tiveram sua concentração de IC50 definidas e passaram por novos testes a fim de determinar o mecanismo de ação. Dentre os 15 extratos testados, o extrato hexânico de E. daphnites (EDH) foi o que apresentou maior toxicidade para a linhagem SCC-9 (carcinoma de língua) e extrato hexânico de E. suberosum (ESH) para a linhagem FaDu. De maneira geral os extratos induziram efeito citotóxico supraaditivo quando comparado às linhagens que receberam apenas irradiação. O extrato EDH apresentou ainda atividade antiproliferativa, estabilização do ciclo celular na fase G0/G1, diminuição de expressão das ciclinas D e E e aumento de expressão das proteínas p16 e p21, além de ter atividade apoptótica comprovada pela expressão de caspase 3. O extrato ESH, apesar de citotóxico, não possui efeito antiproliferativo para a linhagem FaDu e o perfil de morte descrito foi apenas o de necrose. Os triterpenos foram os principais constituintes encontrados nos extratos com melhor resposta citotóxica. Diante dos resultados obtidos, esse estudo demonstra a relevância biológica das substâncias advindas de plantas do Cerrado e destaca o extrato EDH como uma opção promissora para o tratamento do carcinoma de língua.