1. 血管痙攣
腦血管痙攣是指腦動脈持續性收縮狀態。自發性或外傷性 SAH后血液的殘余物與血管壁接觸，導致腦血管痙攣，引起遲發性缺血性神經損害，嚴重者甚至亡。 通過反復床邊檢查 TCD可以在臨床癥狀出現前判斷是否發生大血管痙攣、痙攣的程度、發展過程、指導臨床用藥及評價治療效果。
2. 腦動脈狹窄
TCD最顯著的優勢是迅速無創診斷缺血性腦血管病患者有無腦動脈狹窄或閉塞。
顱內動脈狹窄是根據血流速度(流速增高)、頻譜形態(頻帶增寬、層流破壞、低頻增強)、血流聲頻(血管壁及周圍軟組織的振動)以及階段性血流改變等特征綜合分析。 TCD可以早期發現血管狹窄， 評估狹窄的部位、程度及血管儲備情況，為高危人群爭取時間選擇動脈內膜剝脫術或支架置入術，防止卒中進展。
3. 顱內壓增高和腦死亡
在血管管徑近似不變的情況下，腦血流速度可以反映腦灌注壓的變化，基于此原理建立了TCD和顱內壓的關系。隨著顱內壓持續增高，TCD會相應出現搏動指數增高，舒張期血流速度進行性下降到零、反向；當反向血流消失，收縮期出現針尖樣血流，最終血流消失， 提示腦死亡。這種顱內壓增高的進展性的變化可在數分鐘至數小時內出現，最終導致腦死亡。對于重度顱內壓增高可疑腦死亡的患者，如果TCD檢測到的血管均無腦血流則支持腦死亡診斷，由于MCA血流中斷可能為一過性或者BA血流依然存在，所以必須顱內多支血管均出現收縮期針尖樣波，才判斷不可能恢復；最嚴格的標準是在頸總動脈，ICA和椎動脈顱外段均出現相似波形。
4. 術中監測
TCD的重要進展和應用是心腦血管的術中監測， 主要用于頸動脈內膜剝脫術(carotidendarteretomy， CEA)，冠狀動脈旁路搭橋術(cormaryarterybypassgraft， CABG)，經皮頸動脈血管成形術 (percutaneoustransluminacarotidanjiopalsty， PT-CA)和頸動脈支架置入術(carotidarterystenting， CAS)及其他。
術中監測的主要目的是發現微栓子和腦血流動力學變化，幫助醫生在手術各個階段采取適當措施降低圍手術期卒中的風險。
5. 海綿竇瘺和動靜脈畸形
頸內動脈海綿竇瘺多為外傷后海綿竇段的血管壁損傷破裂，動脈血液直接進入靜脈，具有低阻力，高血流的特點。TCD表現為竇口近端的 ICA血流速度異常增高，搏動指數降低，通過術中監測內眥處靜脈信號幫助判斷瘺口是否完全堵塞。除了頸內動脈海綿竇瘺，TCD還可以檢測其他類型的動靜脈短路，如動靜脈畸形。
6. 腦血管儲備功能的檢測
完整的腦功能儲備包括腦血管儲備和腦代謝儲備。腦血管儲備是指給予血管擴張藥后，腦血流量(cerebralbloodflow， CBF)增加的最大幅度，實際上反應了血管反應性效率。腦血管反應性(cerebralvascularreactivity， CVR)是腦阻力血管針對血管擴張的刺激保持CBF穩定的能力，包括側支循環在維持和調整CBF中的作用。當 ICA重度狹窄或閉塞引起腦低灌注時，腦血管首先通過側支循環來代償，先通過一級側支，當一級側支代償不足時，則進一步通過二級側支代償，同時小血管反應性擴張，保證局部 CBF的穩定和氧、葡萄糖的供給；當小血管擴張到極限也不能維持局部CBF的穩定，腦組織即通過增加對氧的攝取來維持氧代謝，表現為氧攝取分數提高，當達到最大氧攝取分數仍然不能維持代謝需要時，腦血管儲備衰竭，隨之發生腦缺血事件。 因此側支循環和 CVR是影響大血管重度狹窄或閉塞患者預后的重要因素。
7. 其他應用
除神經內科以外，心內科、內分泌科、腦外科、眼科、普外科、骨科、婦產科、耳鼻喉科的患者都可能用到TCD檢查 。