Az ultrahangos molekuláris képalkotás egyedi képalkotási elveivel pontosan képes kimutatni a betegséggel kapcsolatos biomarkereket, sejt- és molekuláris szinten. Például a tumordiagnosztika során képalkotó módszerrel tumor-specifikus antigéneket is megcélozhat, így a hagyományos ultrahangnál lényegesen magasabb, 80%-ot meghaladó detektálási érzékenységet ér el.
A szív- és érrendszeri betegségek diagnosztizálásában az ultrahangos molekuláris képalkotás egyértelműen megfigyelheti a korai endothel diszfunkciót azáltal, hogy specifikus adhéziós molekulákat ábrázol az ér endoteliális sejtek felszínén. Tanulmányok kimutatták, hogy a potenciális elváltozásokat 1-2 évvel korábban képes észlelni, mint a hagyományos vizsgálati módszerek. A neurológiai betegségek diagnosztizálásában az ultrahangos molekuláris képalkotás nanoméretű ultrahangos kontrasztanyagokat használ a neurogyulladásos területek megjelenítésére a vér-agy gáton keresztül, így megközelítőleg 90%-os kimutatási arányt ér el az agyban lévő kis gyulladásos elváltozások esetében. Májbetegségek esetén az ultrahangos molekuláris képalkotás a máj csillagsejt-aktivációs markereinek célzott leképezésével pontosan meghatározhatja a májfibrózis mértékét. Az elasztográfia alapján pontosan meg tudja mérni a májszövet merevségét, fontos bizonyítékot szolgáltatva a klinikai kezelés tervezéséhez. A vesebetegségek diagnosztizálásában a molekuláris ultrahangos képalkotás a vesetubuláris hámsejtekben lévő specifikus transzportfehérjék leképezésével segíti a vesetubuláris diszfunkció korai felismerését. Tanulmányok kimutatták, hogy a korai vesetubuláris sérülések diagnosztizálásának pontossága elérheti a 75%-ot.
Az autoimmun betegségek területén a molekuláris ultrahangos képalkotás az immunkomplex lerakódási helyeit képes leképezni. Ultrahangos elaszográfiával kombinálva számszerűsítheti a beteg szövet merevségében bekövetkezett változásokat, segítve a betegség aktív fázisának meghatározását. A fertőző betegségek diagnosztikájában a molekuláris ultrahangos képalkotással a kórokozó felszínén lévő specifikus antigének célzott ultrahangos leképezésével gyorsan azonosítható a kórokozó típusok, 85%-ot meghaladó diagnosztikai specificitás mellett, erősen alátámasztva a racionális gyógyszerhasználatot a klinikai gyakorlatban. A légúti megbetegedések diagnosztizálásában a molekuláris ultrahangos képalkotás újszerű ultrahangos kontrasztanyagokkal képes leképezni a tüdő kis ereinek perfúzióját, ami jelentős értékű a korai tüdőgyulladás, tüdőembólia és más betegségek diagnosztizálásában, 70%-os-80%-os diagnosztikai pontossággal. Mozgásszervi betegségek esetén az ultrahangos molekuláris képalkotás a lágy szövetekben, például izmokban, inakban és szalagokban található apró elváltozások molekuláris szintű képalkotását tudja elvégezni. Például az ínhüvelygyulladás korai diagnosztizálásában kimutathatja a mikroszerkezeti változásokat, alapot adva az időben történő kezeléshez.
A szülészeti és nőgyógyászati betegségek diagnosztizálásában az ultrahangos molekuláris képalkotás javíthatja az olyan diagnózisok pontosságát és specifitását, mint a placenta accreta és az adenomyosis, azáltal, hogy specifikus molekuláris markereket készít a beteg szövetben. A placenta accreta diagnosztikai pontossága megközelítőleg elérheti a 95%-ot.