Η μοριακή απεικόνιση με υπερήχους, με τις μοναδικές αρχές απεικόνισης της, μπορεί να ανιχνεύσει με ακρίβεια βιοδείκτες που σχετίζονται με ασθένειες-σε κυτταρικό και μοριακό επίπεδο. Για παράδειγμα, στη διάγνωση όγκων, μπορεί να στοχεύει-συγκεκριμένα αντιγόνα με απεικόνιση, επιτυγχάνοντας ευαισθησία ανίχνευσης σημαντικά υψηλότερη από τον παραδοσιακό υπέρηχο, που υπερβαίνει το 80%.
Στη διάγνωση καρδιαγγειακών παθήσεων, η μοριακή απεικόνιση με υπερήχους μπορεί να παρατηρήσει ξεκάθαρα την πρώιμη ενδοθηλιακή δυσλειτουργία απεικονίζοντας συγκεκριμένα μόρια προσκόλλησης στην επιφάνεια των αγγειακών ενδοθηλιακών κυττάρων. Μελέτες έχουν δείξει ότι μπορεί να ανιχνεύσει πιθανές βλάβες 1-2 χρόνια νωρίτερα από τις συμβατικές μεθόδους εξέτασης. Στη διάγνωση νευρολογικών παθήσεων, η μοριακή απεικόνιση υπερήχων χρησιμοποιεί σκιαγραφικά μέσα υπερήχων νανοκλίμακας για να απεικονίσει περιοχές νευροφλεγμονής μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, επιτυγχάνοντας ποσοστό ανίχνευσης περίπου 90% για μικρές φλεγμονώδεις βλάβες στον εγκέφαλο. Για ηπατικές παθήσεις, η μοριακή απεικόνιση με υπερήχους, μέσω στοχευμένης απεικόνισης δεικτών ενεργοποίησης αστερικών κυττάρων του ήπατος, μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια τον βαθμό ηπατικής ίνωσης. Με βάση την ελαστογραφία, μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια τη δυσκαμψία του ηπατικού ιστού, παρέχοντας σημαντικά στοιχεία για τον σχεδιασμό κλινικής θεραπείας. Στη διάγνωση των νεφρικών παθήσεων, η μοριακή υπερηχογραφική απεικόνιση, μέσω απεικόνισης ειδικών πρωτεϊνών μεταφοράς σε επιθηλιακά κύτταρα νεφρικών σωληναριών, βοηθά στην έγκαιρη ανίχνευση της δυσλειτουργίας των νεφρικών σωληναριών. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ακρίβειά του στη διάγνωση της πρώιμης νεφρικής σωληναριακής βλάβης μπορεί να φτάσει περίπου το 75%.
Στον τομέα των αυτοάνοσων νοσημάτων, η μοριακή υπερηχογραφική απεικόνιση μπορεί να απεικονίσει θέσεις εναπόθεσης ανοσοσυμπλεγμάτων. Σε συνδυασμό με την υπερηχογραφική ελαστογραφία, μπορεί να ποσοτικοποιήσει τις αλλαγές στη δυσκαμψία του πάσχοντος ιστού, βοηθώντας στον προσδιορισμό της ενεργού φάσης της νόσου. Στη διάγνωση μολυσματικών ασθενειών, η μοριακή υπερηχογραφική απεικόνιση μπορεί να εντοπίσει γρήγορα τύπους παθογόνων μέσω στοχευμένης υπερηχογραφικής απεικόνισης συγκεκριμένων αντιγόνων στην επιφάνεια του παθογόνου, με διαγνωστική εξειδίκευση που υπερβαίνει το 85%, παρέχοντας ισχυρή υποστήριξη για ορθολογική χρήση φαρμάκων στην κλινική πράξη. Στη διάγνωση αναπνευστικών παθήσεων, η μοριακή υπερηχογραφική απεικόνιση, με χρήση νέων σκιαγραφικών μέσων υπερήχων, μπορεί να απεικονίσει την αιμάτωση μικρών αιμοφόρων αγγείων στους πνεύμονες, η οποία έχει σημαντική αξία στη διάγνωση πρώιμης πνευμονικής φλεγμονής, πνευμονικής εμβολής και άλλων ασθενειών, με ποσοστό διαγνωστικής ακρίβειας 70%-80%. Για μυοσκελετικές παθήσεις, η μοριακή απεικόνιση με υπερήχους μπορεί να πραγματοποιήσει απεικόνιση μοριακού επιπέδου μικροσκοπικών βλαβών εντός των μαλακών ιστών όπως οι μύες, οι τένοντες και οι σύνδεσμοι. Για παράδειγμα, στην έγκαιρη διάγνωση της τενοντίτιδας, μπορεί να ανιχνεύσει μικροδομικές αλλαγές, παρέχοντας βάση για έγκαιρη θεραπεία.
Στη διάγνωση μαιευτικών και γυναικολογικών παθήσεων, η μοριακή απεικόνιση με υπερήχους μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια και την εξειδίκευση διαγνώσεων όπως ο accreta του πλακούντα και η αδενομύωση απεικονίζοντας συγκεκριμένους μοριακούς δείκτες στον πάσχοντα ιστό. Η διαγνωστική ακρίβεια για τον accreta πλακούντα μπορεί να φτάσει περίπου το 95%.