Гематологические: анемия, иммуносупрессия, лейкопения (обычно бессимптомна) или инфекции, тромбоцитопения.
Со стороны ЖКТ: тошнота, рвота, стоматит, диарея, потеря аппетита.
Со стороны дыхательной системы: инфильтраты и/или фиброз легких.
Со стороны нервной системы: нейротоксичность.
Со стороны мочевыделительной системы: нефротоксичность и острая почечная недостаточность.
Дерматологические: алопеция, пигментация кожи.
Гиперчувствительность: кожный зуд, высыпания.
Со стороны репродуктивной системы: супрессия гонад (азооспермия, аменорея), которая может быть необратимой. Частота и выраженность повышаются при комбинации с алкилирующими агентами. В экспериментах на крысах-самцах ломустин снижает фертильность в дозах, превышающих эквивалентные для человека.
Канцерогенность (мутагенность): исследования канцерогенности ломустина не проведены, но вторичные злокачественные опухоли - потенциальный отсроченный побочный эффект приема многих противоопухолевых препаратов. Неясно, связано ли это с их мутагенным или иммуносупрессивным действием. Также не определено влияние дозы и длительности лечения, но предполагают повышение риска при продолжительном применении. При длительном лечении производными нитрозомочевины описано развитие вторичных злокачественных опухолей (острой лейкемии) и дисплазий костного мозга. Ломустин канцерогенен при введении мышам и крысам в дозах, приблизительно соответствующих терапевтическим для человека, и, подобно другим алкилирующим агентам, возможно канцерогенен для человека.
Прочие: гепатотоксичность, транзиторное и преходящее повышение активности печеночных трансаминаз, увеличение концентрации билирубина в крови.