Pomalidomide-5-O-CH3 ใช้หลักในการวิจัยทางการแพทย์ โดยเฉพาะในการพัฒนายาตัวใหม่สำหรับรักษาโรคมะเร็ง โดยเฉพาะมะเร็งเมลโลมา (multiple myeloma) ที่ไม่ตอบสนองต่อการรักษาเดิมหรือกลับเป็นซ้ำ โดยช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งและปรับระบบภูมิคุ้มกัน นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการลดการสร้างเส้นเลือดใหม่ที่เลี้ยงเซลล์มะเร็ง ทำให้เซลล์มะเร็งขาดสารอาหารและออกซิเจนจนตายในที่สุด รวมถึงคุณสมบัติต้านการอักเสบที่อาจช่วยจัดการโรคภูมิต้านตนเอง ยาชิ้นนี้ยังใช้ในการศึกษาก่อนคลินิกเพื่อเข้าใจเภสัชจลนศาสตร์และเภสัชพลศาสตร์ เพื่อปรับปรุงสูตรยาให้มีประสิทธิภาพการรักษาที่ดีขึ้น การใช้มักควบคู่กับยาอื่นในการวิจัยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดโอกาสดื้อยา