มีโซนิดาโซลถูกใช้เป็นสารเสริมในการรักษาโรคมะเร็ง โดยเฉพาะในกรณีที่ใช้รังสีบำบัด เนื่องจากมีฤทธิ์ช่วยเพิ่มความไวของเซลล์มะเร็งต่อรังสี โดยเฉพาะในเนื้องอกที่มีภาวะขาดออกซิเจน (hypoxic tumors) ซึ่งมักดื้อต่อการรักษาด้วยรังสี สารนี้สามารถแทรกซึมเข้าไปในบริเวณที่มีออกซิเจนต่ำและทำให้เกิดการทำลายดีเอ็นเอของเซลล์มะเร็งเมื่อได้รับรังสี จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการรักษาได้ อย่างไรก็ตาม การใช้มีโซนิดาโซลอาจมีผลข้างเคียง เช่น อาการชาหรือเสียวตามปลายมือปลายเท้า จึงต้องใช้ภายใต้การควบคุมของแพทย์อย่างใกล้ชิด