Mimo tych zastrzeżeń talidomid jest stosowany w leczeniu szpiczaka mnogiego. Z uwagi na to, że również w takim zastosowaniu przejawia sporo działań niepożądanych (np. zmęczenie, polineuropatię, wysypki skórne, zaparcia, zwiększone ryzyko żylnej choroby zakrzepowo-zatorowej), obecnie w fazie badań przedklinicznych znajduje się pochodna talidomidu o znacznie zmniejszonej liczbie działań niekorzystnych o nazwie lenalidomid (Revlimid). Jego stosowanie razem z deksametazonem powoduje remisję częściową u około 90% i całkowitą remisję u 38% chorych na szpiczaka mnogiego. To korzystne działanie wiąże się z mechanizmem działania talidomidu i jego pochodnych, polegającego na stymulacji proliferacji limfocytów T, zwiększaniu produkcji interleukiny 2, interferonu γ oraz zmniejszaniu produkcji TNF-α.
Oprócz leczenia nowotworów talidomid bywa także stosowany w leczeniu trądu, chociaż nie jest to obecnie zalecane przez Światową Organizację Zdrowia. Dowiedziono także jego skuteczności w redukowaniu świądu w świerzbiączce guzkowej.
Embriopatia talidomidowa