Pomalidomide-C3-CO2H ถูกนำมาใช้เป็นหลักในการพัฒนาการรักษามะเร็งแบบกำหนดเป้าหมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการรักษามะเร็งมุลติเพิลไมโลมา (multiple myeloma) มันทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในการสังเคราะห์ antibody-drug conjugates (ADCs) ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อส่งยาพิษที่มีฤทธิ์รุนแรงไปยังเซลล์มะเร็งโดยตรง ลดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อที่แข็งแรง โครงสร้างของมันช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกับ monoclonal antibodies ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพิ่มความแม่นยำและประสิทธิผลของการรักษา นอกจากนี้ ยังมีการสำรวจในงานวิจัยสำหรับศักยภาพในการปรับระบบภูมิคุ้มกันและยับยั้งการสร้างหลอดเลือดใหม่ (angiogenesis) ซึ่งช่วยในการควบคุมการเจริญเติบโตและการลุกลามของเนื้องอก การประยุกต์ใช้นั้นขยายไปถึงการศึกษาก่อนคลินิกที่มุ่งเน้นการทำความเข้าใจกลไกและการปรับปรุงศักยภาพทางบำบัดในด้านมะเร็งวิทยา