โพมาลิโดไมด์ใช้หลักในการรักษามะเร็งเม็ดเลือดหลายชนิด (multiple myeloma) ซึ่งเป็นมะเร็งชนิดหนึ่งของเลือด มักสั่งใช้สำหรับผู้ป่วยที่ไม่ตอบสนองดีต่อการรักษาอื่นๆ เช่น เลนาลิโดไมด์หรือบอร์เทโซมิบ ยานี้ทำงานโดยปรับเปลี่ยนระบบภูมิคุ้มกัน เพิ่มความสามารถของร่างกายในการโจมตีเซลล์มะเร็ง และยับยั้งการเจริญเติบโตของหลอดเลือดที่เลี้ยงเนื้องอก โดยทั่วไปจะให้ใช้ร่วมกับเดกซาเมทาโซนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ นอกจากนี้ โพมาลิโดไมด์ยังอยู่ระหว่างการศึกษาสำหรับการใช้ในมะเร็งเลือดชนิดอื่นๆ และโรคภูมิต้านตนเอง เนื่องจากคุณสมบัติในการปรับเปลี่ยนระบบภูมิคุ้มกัน ผู้ป่วยที่ใช้ยานี้จะได้รับการตรวจติดตามผลข้างเคียงอย่างใกล้ชิด เช่น ลิ่มเลือดอุดตันและจำนวนเม็ดเลือดต่ำ