Леналидомид связывается непосредственно с цереблоном, компонентом кулинового кольца комплекса фермента ЕС у биквитинлигазы, в который входит белок 1 (DDB 1), связывающийся с поврежденной дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), кулин 4 (CUL). В гемопоэтических клетках леналидомид связывает цереблон для накопления субстратных белков Aiolos и Ikaros, которые являются лимфоидными транскрипционными факторами, что приводит к их убиквитированию и дальнейшему распаду, вследствие чего является прямая и токсичная.