Il augmente la survie des cancers de la thyroïde résistant à l'iode radioactif, avec cependant de nombreux effets secondaires (diarrhée, fatigue, nausées...)[3].
Dans le carcinome hépatocellulaire évolué non traitable chirurgicalement, le lenvatinib est aussi efficace que le sorafénib en termes de survie[4]. Compte-tenu de cette efficacité équivalente, mais d'une plus grande occurrence des effets indésirables graves, son indication en cas de cancer du foie est rejetée en 2020 par la HAS pour insuffisance de services rendus, en l'absence de cas identifiés où un patient pourrait en bénéficier sans pouvoir bénéficier du sorafénib[5].
Depuis 2022, il bénéficie d'une autorisation d’accès précoce en combinaison avec le pembrolizumab, dans le traitement des patientes adultes atteintes d’un cancer de l’endomètre avancé ou récidivant, préalablement traitées par chimiothérapie aux sels de platine, et ne pouvant bénéficier de radiothérapie[7]. Aucune donnée d'efficacité n'a été collectée dans ce cadre[8].