Ultrazvučno molekularno snimanje, sa svojim jedinstvenim principima snimanja, može precizno otkriti biomarkere-povezane sa bolestima na ćelijskom i molekularnom nivou. Na primjer, u dijagnostici tumora, može ciljati tumor{2}}specifične antigene pomoću slike, postižući osjetljivost detekcije značajno veću od tradicionalnog ultrazvuka, koja prelazi 80%.
U dijagnostici kardiovaskularnih bolesti, ultrazvučna molekularna slika može jasno uočiti ranu endotelnu disfunkciju snimanjem specifičnih adhezionih molekula na površini vaskularnih endotelnih stanica. Studije su pokazale da može otkriti potencijalne lezije 1-2 godine ranije od konvencionalnih metoda pregleda. U dijagnostici neuroloških bolesti, ultrazvučno molekularno snimanje koristi ultrazvučne kontrastne agense na nanorazmjerima za vizualizaciju područja neuroinflamacije kroz krvno-moždanu barijeru, postižući stopu detekcije od približno 90% za male upalne lezije u mozgu. Za bolesti jetre, ultrazvučno molekularno snimanje, putem ciljanog snimanja markera aktivacije zvjezdanih stanica jetre, može precizno odrediti stupanj fibroze jetre. Na osnovu elastografije, može precizno izmjeriti krutost tkiva jetre, pružajući važan dokaz za planiranje kliničkog liječenja. U dijagnostici bubrežnih bolesti, molekularna ultrazvučna slika, putem snimanja specifičnih transportnih proteina u bubrežnim tubularnim epitelnim stanicama, pomaže u ranom otkrivanju disfunkcije bubrežnih tubularnih organa. Studije su pokazale da njegova tačnost u dijagnosticiranju rane ozljede bubrežnih tubulara može doseći približno 75%.
U području autoimunih bolesti, molekularno ultrazvučno snimanje može snimiti mjesta taloženja imunoloških kompleksa. U kombinaciji sa ultrazvučnom elastografijom, može kvantificirati promjene u krutosti oboljelog tkiva, pomažući u određivanju aktivne faze bolesti. U dijagnostici zaraznih bolesti, molekularna ultrazvučna slika može brzo identificirati tipove patogena putem ciljanog ultrazvučnog snimanja specifičnih antigena na površini patogena, sa dijagnostičkom specifičnošću koja prelazi 85%, pružajući snažnu podršku za racionalnu upotrebu lijekova u kliničkoj praksi. U dijagnostici respiratornih bolesti, molekularna ultrazvučna slika, koristeći nova ultrazvučna kontrastna sredstva, može prikazati perfuziju malih krvnih žila u plućima, što je od značajne vrijednosti u dijagnozi rane upale pluća, plućne embolije i drugih bolesti, sa dijagnostičkom preciznošću od 70%-80%. Kod mišićno-koštanih bolesti, ultrazvučno molekularno snimanje može izvesti snimanje na molekularnom nivou sitnih lezija unutar mekih tkiva kao što su mišići, tetive i ligamenti. Na primjer, u ranoj dijagnostici tendinitisa može otkriti mikrostrukturne promjene, što predstavlja osnovu za pravovremeno liječenje.
U dijagnostici opstetričkih i ginekoloških bolesti, ultrazvučno molekularno snimanje može poboljšati točnost i specifičnost dijagnoza kao što su placenta acreta i adenomioza snimanjem specifičnih molekularnih markera u oboljelom tkivu. Dijagnostička tačnost za placenta acreta može doseći približno 95%.