Ainda que a cardiotoxicidade seja o principal efeito adverso associado à doxorrubicina, este fármaco é também neurotóxico e nefrotóxico.

A neurotoxidade da doxorrubicina é limitada na sua extensão, sendo que a vulnerabilidade dos neurónios autónomos e sensitivos reflete a falta de proteção destes neurónios pela barreira hemato-encefálica. A toxicidade da doxorrubicina irá manifestar-se em situações em que esta barreira se encontre temporariamente aberta, podendo ocorrer danos de neurónios do córtex e nos núcleos subcorticais do cérebro.

No que se refere à nefrotoxicidade, a doxorrubicina pode causar lesões ao nível do glomérulo alterando a sua seletividade e permeabilidade e, consequentemente, proteinúria.