Pomalidomide-C4-NH2 ถูกนำมาใช้หลักในการพัฒนาการบำบัดมะเร็งแบบกำหนดเป้าหมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการรักษา multiple myeloma โครงสร้างของสารนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการจับกับโปรตีนเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มจำนวนเซลล์มะเร็ง ทำให้เป็นส่วนประกอบที่มีคุณค่าตในการออกแบบ proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ช่วยในการย่อยสลายโปรตีนที่ก่อให้เกิดโรค นำเสนอแนวทางที่น่าจะเป็นไปได้ในการต่อสู้กับมะเร็งที่ดื้อยา นอกจากนี้ ยังมีการสำรวจในงานวิจัยสำหรับศักยภาพในการปรับเปลี่ยนระบบภูมิคุ้มกัน เพื่อช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของเนื้องอก การประยุกต์ใช้ยังขยายไปถึงการสังเคราะห์ยาคอนจูเกตใหม่ๆ ที่ปรับปรุงประสิทธิภาพและความจำเพาะของตัวแทนบำบัดในสาขามะเร็งวิทยา