Další rozsáhlou oblastí medicíny, kde se uplatňují principy precizní medicíny, je oblast vzácných a ultra-vzácných chorob. Vzácná onemocnění (VO) jsou klinicky heterogenní, převážně dědičné, multisystémové nemoci s velmi nízkým výskytem (prevalencí) v obecné populaci, které ovlivňují kvalitu života a sociální začlenění pacientů nebo ohrožují jejich životy. Nemoc je v Evropské unii definována jako vzácná, pokud postihuje méně než jednoho pacienta na 2000 jedinců, ultra-vzácná onemocnění jsou podskupinou vzácných onemocnění s prevalencí 1 na 200000 obyvatel. Závažnost VO spočívá v tom, že existuje více než 8000 různých VO (z toho 6000 geneticky podmíněných), takže kumulativní počet pacientů není zanedbatelný. Odhaduje se, že VO postihuje v obecné populaci 1 jedince z 16, navzdory nízké prevalenci jednotlivých klinických entit. V rámci EU bylo proto vytvořeno pro pacienty se vzácnými onemocněními celkem 24 evropských referenčních sítí pro vzácná onemocnění (European reference networks, dále ERN). Ve FN Brno máme celkem 5 center ERN (ERN-EpiCare, ERN-EuroBloodNet, ERN-EURO-NMD, ERN PaedCan, a ERN Skin). Centra v rámci těchto sítí poskytují špičkovou multidisciplinární péči o pacienty s konkrétním typem diagnostikovaného vzácného onemocnění.
Protože více než 80 % vzácných nemocí má genetický základ, získání přesné molekulární diagnózy je klíčové pro vhodnou klinickou péči, rodinné a reprodukční poradenství a podporu. Diagnostika těchto onemocnění však může být komplikovaná díky omezenému počtu pacientů (často jednotky nebo nízké desítky pacientů celosvětově) a nedostatku informací. Pro dětské pacienty bez diagnózy (více informací) a jejich rodiny je náročné čelit někdy dlouhotrvajícím a komplikovaným diagnostickým postupům, které mohou trvat i několik let, což se někdy označuje jako "diagnostická odysea". Cílem precizní medicíny v oblasti vzácných chorob je nalézt a detailně popsat genetickou podstatu nemoci a umožnit tak nejen lepší pochopení individuálních klinických projevů u daného pacienta, ale v případě že to povaha daného onemocnění umožňuje, také nastavit vhodný léčebný plán, případně plán dlouhodobého sledování.
Specifickou skupinou vzácných chorob, u kterých jsou v posledních letech úspěšně implementovány principy precizní medicíny, jsou cévní malformace (více informací). Příčinami vzniku cévních malformací jsou genetické mutace v signálních dráhách zodpovědných za vznik a vývoj cév, kdy se jedná o dráhy velmi dobře známé a léčebně ovlivnitelné cílenými léčivy z oblasti onkologie. Po příslušném molekulárním vyšetření je tak možné tato onemocnění individualizovaně léčit.
