对于一些癌症，最好的治疗是手术、放疗和化疗的综合治疗。手术或放疗治疗局限的癌症，而化疗杀伤已逃离局部区域的癌细胞。有时放疗或化疗在手术前运用来缩小肿块，或术后破坏残存癌细胞。化疗综合手术提高已转移至区域淋巴结患者的生存机会，如结肠癌、乳腺癌或膀胱癌。手术和化疗有的能治愈晚期卵巢癌。
用化疗和放疗已成功治疗直肠癌。在晚期结肠癌，术后运用化疗能延长无瘤生存期。大约20％～40％的头颈部癌在放疗或手术后用化疗治愈。对没有治愈的病人，这些治疗能缓解症状(姑息治疗)。
手术、放疗和化疗在治疗维尔姆斯瘤和胚胎性横纹肌肉瘤方面起特定的作用。维尔姆斯瘤，一种儿童肾癌，手术目的是切除原发肿块，即使肿瘤已转移至远离肾脏的其他部位。化疗在手术时开始，此后给予放疗治疗局部区域的残存病灶。
不幸的是，一些肿瘤(如胃、胰腺、或肾)对放疗、化疗或两者综合治疗仅起部分反应。然而，这些治疗可缓解肿瘤侵及周围组织时因受压引起的疼痛或症状。一些耐受肿瘤(如非小细胞肺癌、食管癌、胰腺癌、肾癌)通过治疗能提高生存时间。化疗的进展已达到更好的药物组合，改进的剂量、以及与放疗更好的协同。
综合治疗的疗效
| 治疗方式 | 癌症部位 | 5年无瘤生存率（%） |
| 手术和放疗 | 膀胱 | 54 |
| 子宫内膜 | 62 | |
| 下咽 | 33 | |
| 肺 | 32 | |
| 口腔 | 36 | |
| 手术和化疗 | 乳腺 | 62 |
| 卵巢 | 28～40 | |
| 前列腺 | 50～65 | |
| 胃 | 54 | |
| 放疗和化疗 | 中枢神经系统（神经管母细胞瘤） | 71～80 |
| 尤因肉瘤 | 70 | |
| 肺（小细胞） | 16～20 | |
| 直肠（鳞状细胞癌） | 40 | |
| 手术、放疗和化疗 | 胚胎性横纹肌肉瘤 | 80 |
| 肾（维尔姆斯瘤） | 80 | |
| 肺 | 32 | |
| 口腔、下咽 | 20～40 |