Ultraheli molekulaarkujutis oma ainulaadsete kujutise printsiipide abil suudab täpselt tuvastada haigusega seotud -biomarkereid raku- ja molekulaartasandil. Näiteks kasvaja diagnoosimisel võib see pildistamise abil sihtida kasvaja-spetsiifilisi antigeene, saavutades tavapärasest ultraheliuuringust oluliselt kõrgema tuvastamistundlikkuse, mis ületab 80%.
Kardiovaskulaarsete haiguste diagnoosimisel saab ultraheliga molekulaarse pildistamise abil selgelt jälgida varajast endoteeli düsfunktsiooni, kuvades veresoonte endoteelirakkude pinnal spetsiifilisi adhesioonimolekule. Uuringud on näidanud, et see suudab tuvastada võimalikud kahjustused 1-2 aastat varem kui tavalised uurimismeetodid. Neuroloogiliste haiguste diagnoosimisel kasutatakse ultraheli molekulaarkujutises nanomõõtmelisi ultraheli kontrastaineid, et visualiseerida neuropõletike piirkondi läbi hematoentsefaalbarjääri, saavutades aju väikeste põletikuliste kahjustuste tuvastamise määra ligikaudu 90%. Maksahaiguste korral saab ultraheliga molekulaarse pildistamise abil maksa tähtrakkude aktiveerimise markerite sihipärase pildistamise abil täpselt määrata maksafibroosi astme. Elastograafia põhjal saab see täpselt mõõta maksakoe jäikust, pakkudes olulisi tõendeid kliinilise ravi planeerimiseks. Neeruhaiguste diagnoosimisel aitab molekulaarne ultraheliuuring neerutuubulite epiteelirakkude spetsiifiliste transportvalkude kuvamise kaudu neerutuubulite düsfunktsiooni varakult avastada. Uuringud on näidanud, et selle täpsus varase neerutuubulite kahjustuse diagnoosimisel võib ulatuda ligikaudu 75% -ni.
Autoimmuunhaiguste valdkonnas saab molekulaarse ultraheliuuringu abil pildistada immuunkompleksi ladestumise kohti. Koos ultraheli elastograafiaga saab see kvantifitseerida muutusi haige koe jäikuses, aidates määrata haiguse aktiivset faasi. Nakkushaiguste diagnoosimisel saab molekulaarse ultraheliuuringu abil kiiresti tuvastada patogeeni tüübid spetsiifiliste antigeenide sihipärase ultraheliuuringu abil patogeeni pinnal, mille diagnostiline spetsiifilisus ületab 85%, pakkudes tugevat tuge ravimite ratsionaalsele kasutamisele kliinilises praktikas. Hingamisteede haiguste diagnoosimisel saab molekulaarse ultraheliuuringu abil uudseid ultrahelikontrastaineid kasutades pildistada kopsude väikeste veresoonte perfusiooni, millel on märkimisväärne väärtus varajase kopsupõletiku, kopsuemboolia ja muude haiguste diagnoosimisel, diagnostilise täpsusega 70%-80%. Lihas-skeleti haiguste puhul saab ultraheliga molekulaarkujutise abil teostada pehmete kudede (nt lihased, kõõlused ja sidemed) väikeste kahjustuste molekulaarset kujutist. Näiteks võib tendiniidi varajases diagnoosimises tuvastada mikrostruktuurilisi muutusi, mis annab aluse õigeaegseks raviks.
Sünnitus- ja günekoloogiliste haiguste diagnoosimisel võib ultraheliga molekulaarne kuvamine parandada selliste diagnooside täpsust ja spetsiifilisust nagu platsenta akreet ja adenomüoos, luues haiges koes spetsiifilisi molekulaarseid markereid. Platsenta accreta diagnostiline täpsus võib ulatuda ligikaudu 95% -ni.