在已公开的临床试验中，最常见的不良反应有：头晕、恶心、嗜睡、皮疹和便秘。
严重的副反应有：
致畸作用
全球范围内大约曾有12000名因沙利度胺引起先天性畸形的患者，与妊娠期间服用沙利度胺密切相关，尤其是妊娠的第三周至第五周。有明显的Hox基因异常
最具有特征性的是手足的畸形，包括拇指畸形或发育不全、桡骨发育不全、“海豹肢”或上/下肢缺如、无耳、面瘫、小眼、眼肌瘫痪等。此外，还可能发生神经管畸形、肾脏畸形、食管瘘、十二指肠狭窄或闭锁、肛门闭锁、阴道阻塞、中线性血管瘤等。
以上这些临床特征需要去其他的先天性畸形疾病以及桡骨畸形的疾病相鉴别，如Holt-Oram综合症等。 所以孕妇禁用，育龄期妇女慎用。
周围性神经炎
最主要的剂量限制性毒性。
临床表现：主要为感觉改变，先发生于足部，延及手部，常呈袜套状分布，远端较重，不延至膝、肘以上。常表现为感觉异常，包括感觉减退、感觉过敏及迟钝、肌肉痛和触痛、麻木、针刺感、灼痛、绷紧、手足发冷、苍白、腿部瘙痒和红掌等。
发生与总剂量有关，与疗程及每日剂量无关，一般用药达到40～50g时出现。
一旦出现应即停药，约25%完全恢复，25%好转或部分恢复，还有50%停药4～5年后仍不恢复。
