012年起，蔡旻佑加盟「天熹娱乐」成为旗下艺人，改由环球唱片代理发行个人第四张专辑。2012年9月28日，蔡旻佑推出第四张全新专辑《超级右脑》，曲风包括古典、电子、民谣、迷幻电音等元素，他首度在专辑中有舞蹈演出 。此外，蔡旻佑开始跨足戏剧领域，参演TVBS欢乐台的第二部概念剧《妈，亲一下！》，担任剧中主要角色之一。2013年起，蔡旻佑尝试更多不同领域的发展，同时横跨音乐、主持、舞台剧、电视歌唱选秀节目评审、戏剧和电影演出。同年2月，蔡旻佑参与2013几米音乐剧《向左走向右走》演出，担任剧中男主角并发挥个