Ultragarsinis molekulinis vaizdavimas, naudojant unikalius vaizdo gavimo principus, gali tiksliai aptikti su liga susijusius{0}} biologinius žymenis ląstelių ir molekulių lygiu. Pavyzdžiui, diagnozuojant naviką, jis gali nukreipti į naviko -specifinius antigenus su vaizdavimu, todėl aptikimo jautrumas yra žymiai didesnis nei tradicinis ultragarsas, viršijantis 80 proc.
Diagnozuojant širdies ir kraujagyslių ligas, atliekant ultragarsinį molekulinį vaizdą, galima aiškiai stebėti ankstyvą endotelio disfunkciją, vaizduojant specifines adhezijos molekules kraujagyslių endotelio ląstelių paviršiuje. Tyrimai parodė, kad jis gali aptikti galimus pažeidimus 1-2 metais anksčiau nei įprasti tyrimo metodai. Diagnozuojant neurologines ligas ultragarsinis molekulinis vaizdavimas naudoja nanoskalės ultragarso kontrastines medžiagas, kad būtų galima vizualizuoti neurouždegimo sritis per hematoencefalinį barjerą, o tai leidžia aptikti maždaug 90 % mažų uždegiminių smegenų pažeidimų. Kepenų ligų atveju ultragarsinis molekulinis vaizdavimas, naudojant tikslinį kepenų žvaigždžių ląstelių aktyvacijos žymenų vaizdą, gali tiksliai nustatyti kepenų fibrozės laipsnį. Remiantis elastografija, jis gali tiksliai išmatuoti kepenų audinio standumą, o tai yra svarbūs klinikinio gydymo planavimo įrodymai. Diagnozuojant inkstų ligas, molekulinis ultragarsinis vaizdavimas, vaizduojant specifinius transportinius baltymus inkstų kanalėlių epitelio ląstelėse, padeda anksti nustatyti inkstų kanalėlių disfunkciją. Tyrimai parodė, kad jo tikslumas diagnozuojant ankstyvą inkstų kanalėlių pažeidimą gali siekti maždaug 75%.
Autoimuninių ligų srityje molekulinis ultragarsinis vaizdavimas gali atvaizduoti imuninio komplekso nusėdimo vietas. Kartu su ultragarso elastografija, ji gali kiekybiškai įvertinti sergančio audinio standumo pokyčius ir padėti nustatyti aktyvią ligos fazę. Diagnozuojant infekcines ligas molekuliniu ultragarsiniu vaizdavimu galima greitai nustatyti patogenų tipus tikslingai ultragarsu vaizduojant specifinius antigenus patogeno paviršiuje, o diagnostinis specifiškumas viršija 85 %, o tai suteikia tvirtą paramą racionaliam vaistų vartojimui klinikinėje praktikoje. Diagnozuojant kvėpavimo takų ligas, atliekant molekulinį ultragarsinį vaizdavimą, naudojant naujas ultragarsines kontrastines medžiagas, galima 70 %-80 % diagnostinio tikslumo atvaizduoti smulkiųjų plaučių kraujagyslių perfuziją, o tai labai svarbu diagnozuojant ankstyvą plaučių uždegimą, plaučių emboliją ir kitas ligas. Skeleto ir raumenų sistemos ligų atveju ultragarsinis molekulinis vaizdavimas gali atlikti nedidelių minkštųjų audinių, pvz., raumenų, sausgyslių ir raiščių, pažeidimų molekulinio lygio vaizdą. Pavyzdžiui, anksti diagnozuojant sausgyslių uždegimą, galima aptikti mikrostruktūrinius pokyčius, sudarant pagrindą laiku pradėti gydymą.
Diagnozuojant akušerines ir ginekologines ligas, ultragarsinis molekulinis vaizdavimas gali pagerinti diagnozių, tokių kaip placentos akreta ir adenomiozė, tikslumą ir specifiškumą, nustatant specifinius molekulinius žymenis sergančiame audinyje. Placentos akretos diagnostikos tikslumas gali siekti maždaug 95%.