La imatge molecular d'ultrasò, amb els seus principis d'imatge únics, pot detectar amb precisió biomarcadors relacionats amb malalties-a nivell cel·lular i molecular. Per exemple, en el diagnòstic de tumors, pot orientar-se a antígens-específics del tumor amb imatges, aconseguint una sensibilitat de detecció significativament superior a l'ecografia tradicional, superior al 80%.
En el diagnòstic de malalties cardiovasculars, la imatge molecular per ultrasons pot observar clarament la disfunció endotelial precoç mitjançant la imatge de molècules d'adhesió específiques a la superfície de les cèl·lules endotelials vasculars. Els estudis han demostrat que pot detectar possibles lesions 1-2 anys abans que els mètodes d'examen convencionals. En el diagnòstic de malalties neurològiques, la imatge molecular per ultrasons utilitza agents de contrast d'ultrasò a nanoescala per visualitzar àrees de neuroinflamació a través de la barrera hematoencefàlica, aconseguint una taxa de detecció d'aproximadament el 90% per a petites lesions inflamatòries al cervell. Per a les malalties del fetge, la imatge molecular d'ultrasò, mitjançant imatges dirigides de marcadors d'activació de cèl·lules estelades hepàtiques, pot determinar amb precisió el grau de fibrosi hepàtica. A partir de l'elastografia, pot mesurar amb precisió la rigidesa del teixit hepàtic, proporcionant evidències importants per a la planificació del tractament clínic. En el diagnòstic de malalties renals, l'ecografia molecular, mitjançant la imatge de proteïnes de transport específiques en cèl·lules epitelials tubulars renals, ajuda a la detecció precoç de la disfunció tubular renal. Els estudis han demostrat que la seva precisió en el diagnòstic precoç de lesió tubular renal pot arribar a aproximadament el 75%.
En el camp de les malalties autoimmunes, les imatges per ultrasons moleculars poden imatges de llocs de deposició de complexos immunes. Combinat amb l'elastografia per ultrasons, pot quantificar els canvis en la rigidesa del teixit malalt, ajudant a determinar la fase activa de la malaltia. En el diagnòstic de malalties infeccioses, l'ecografia molecular pot identificar ràpidament els tipus de patògens mitjançant imatges ecològiques dirigides d'antígens específics a la superfície del patogen, amb una especificitat diagnòstica superior al 85%, proporcionant un fort suport per a l'ús racional de fàrmacs en la pràctica clínica. En el diagnòstic de malalties respiratòries, l'ecografia molecular, utilitzant nous agents de contrast d'ultrasò, pot imaginar la perfusió de petits vasos sanguinis als pulmons, que té un valor significatiu en el diagnòstic d'inflamació pulmonar precoç, embòlia pulmonar i altres malalties, amb una taxa de precisió diagnòstica del 70%-80%. Per a malalties musculoesquelètics, la imatge molecular per ultrasons pot realitzar imatges a nivell molecular de lesions minúscules dins dels teixits tous com els músculs, els tendons i els lligaments. Per exemple, en el diagnòstic precoç de la tendinitis, pot detectar canvis microestructurals, proporcionant una base per al tractament oportú.
En el diagnòstic de malalties obstètriques i ginecològiques, la imatge molecular per ultrasons pot millorar la precisió i l'especificitat de diagnòstics com la placenta accreta i l'adenomiosi mitjançant la imatge de marcadors moleculars específics en el teixit malalt. La precisió diagnòstica de la placenta accreta pot arribar aproximadament al 95%.