Ultrasonograficzne obrazowanie molekularne dzięki unikalnym zasadom obrazowania pozwala precyzyjnie wykryć-biomarkery związane z chorobą na poziomie komórkowym i molekularnym. Na przykład podczas diagnostyki nowotworu może on namierzać antygeny-specyficzne dla nowotworu za pomocą obrazowania, osiągając czułość wykrywania znacznie wyższą niż tradycyjne USG, przekraczającą 80%.
W diagnostyce chorób układu krążenia ultrasonograficzne obrazowanie molekularne pozwala wyraźnie zaobserwować wczesną dysfunkcję śródbłonka poprzez obrazowanie specyficznych cząsteczek adhezyjnych na powierzchni komórek śródbłonka naczyń. Badania wykazały, że pozwala wykryć potencjalne zmiany chorobowe 1-2 lata wcześniej niż konwencjonalne metody badawcze. W diagnostyce chorób neurologicznych ultrasonograficzne obrazowanie molekularne wykorzystuje nanoskalowe ultradźwiękowe środki kontrastowe do wizualizacji obszarów zapalenia układu nerwowego przez barierę krew-mózg, osiągając wskaźnik wykrywalności małych zmian zapalnych w mózgu na poziomie około 90%. W przypadku chorób wątroby ultrasonograficzne obrazowanie molekularne poprzez ukierunkowane obrazowanie markerów aktywacji komórek gwiaździstych wątroby może dokładnie określić stopień zwłóknienia wątroby. W oparciu o elastografię może precyzyjnie mierzyć sztywność tkanki wątroby, dostarczając ważnych dowodów przy planowaniu leczenia klinicznego. W diagnostyce chorób nerek obrazowanie ultrasonograficzne molekularne poprzez obrazowanie specyficznych białek transportowych w komórkach nabłonka kanalików nerkowych pomaga we wczesnym wykryciu dysfunkcji kanalików nerkowych. Badania wykazały, że jego dokładność w rozpoznawaniu wczesnego uszkodzenia kanalików nerkowych może sięgać około 75%.
W dziedzinie chorób autoimmunologicznych obrazowanie ultrasonograficzne molekularne może obrazować miejsca odkładania się kompleksów immunologicznych. W połączeniu z elastografią ultradźwiękową pozwala określić ilościowo zmiany sztywności chorej tkanki, pomagając w określeniu aktywnej fazy choroby. W diagnostyce chorób zakaźnych ultrasonografia molekularna pozwala na szybką identyfikację typów patogenów poprzez ukierunkowane obrazowanie ultrasonograficzne specyficznych antygenów na powierzchni patogenu, ze swoistością diagnostyczną przekraczającą 85%, co stanowi silne wsparcie dla racjonalnego stosowania leków w praktyce klinicznej. W diagnostyce chorób układu oddechowego molekularne badanie ultrasonograficzne przy użyciu nowatorskich ultradźwiękowych środków kontrastowych pozwala na obrazowanie perfuzji małych naczyń krwionośnych w płucach, co ma istotne znaczenie w diagnostyce wczesnego zapalenia płuc, zatorowości płucnej i innych chorób, a dokładność diagnostyczna wynosi 70%-80%. W przypadku chorób układu mięśniowo-szkieletowego ultrasonograficzne obrazowanie molekularne umożliwia obrazowanie na poziomie molekularnym drobnych zmian w tkankach miękkich, takich jak mięśnie, ścięgna i więzadła. Na przykład we wczesnej diagnostyce zapalenia ścięgien może wykryć zmiany mikrostrukturalne, co stanowi podstawę do szybkiego leczenia.
W diagnostyce chorób położniczych i ginekologicznych ultrasonograficzne obrazowanie molekularne może poprawić dokładność i swoistość diagnoz, takich jak łożysko przyrośnięte i adenomioza, poprzez obrazowanie specyficznych markerów molekularnych w chorej tkance. Dokładność diagnostyczna łożyska przyrośniętego może sięgać około 95%.