Wykazywał teratogenne działanie, był przyczyną licznych przypadków fokomegalii oraz powodował inne ciężkie wady wrodzone u dzieci rodzonych przez matki stosujące talidomid w okresie ciąży.

Ostatnio zostały przypadkowo odkryte właściwości przeciwrakowe tego leku. Talidomid wykazuje właściwości hamujące i/bądź modulujące wytwarzanie przede wszystkim cytokin prozapalnych IL-6 i TNF, nie wywiera natomiast wpływu na wytwarzanie IL-2, IL-4 oraz IL-10. Dzięki antyzapalnym właściwościom lek stymuluje limfocyty T (uczestniczące w odpowiedzi komórkowej, bezpośrednio łącząc się z antygenem) i efektywnie zapobiega wzrostowi szpiczaka plazmocystowego - śmiertelnego nowotworu szpiku kostnego.

J.Blake Bartlett i jego współpracownicy z Celgene Corporation prowadzą badania nad zastosowaniem leków wywodzących się od talidomidu. Uczeni modyfikują chemicznie talidomid, by uniknąć złej strony działania leku (talidomid produkowany w latach 60, był mieszaniną racemiczną, co oznacza, ze powstawały dwa produkty, z których jeden enancjomer posiada właściwości lecznicze, a drugi, jak się okazało teratogenne.) Potężne antyrakowe właściwości leku mogą już wkrótce odkupić jego tragiczne dokonania w przeszłości.