Aliajul de molibden este un aliaj neferos compus din molibden ca matrice și adăugând alte elemente. Principalele elemente de aliere sunt titanul, zirconiul, hafniul, tungstenul și elementele pământurilor rare. Elementele de titan, zirconiu și hafniu nu numai că joacă un rol de întărire a soluției solide în aliajul de molibden și mențin plasticitatea la temperatură scăzută a aliajului, dar formează și o fază de carbură stabilă și distribuită difuz pentru a îmbunătăți rezistența și temperatura de recristalizare a aliajului. Aliajul de molibden are o conductivitate termică bună, conductivitate electrică și coeficient de expansiune scăzut și are rezistență ridicată la temperatură ridicată (1100 ~ 1650 grade), care este mai ușor de procesat decât wolfram. Poate fi folosit ca poartă și anod pentru tuburile de electroni, material suport pentru sursele de lumină electrică și pentru realizarea matrițelor de turnare sub presiune și extrudare, piese de nave spațiale etc. Deoarece aliajele de molibden sunt casante la temperaturi scăzute și fragile la sudare și usor de oxidat la temperaturi ridicate, dezvoltarea lor este limitata. Aliajele de molibden produse industrial includ aliajele de molibden-titan-zirconiu, molibden-tungsten și molibden, iar primul tip este utilizat pe scară largă. Principalele metode de întărire ale aliajelor de molibden sunt întărirea prin soluție, întărirea prin precipitare și întărirea prin lucru. Plăcile, benzile, foliile, tuburile, barele, firele și profilele din aliaj de molibden pot fi preparate prin prelucrarea plasticului, iar rezistența și plasticitatea la temperatură scăzută pot fi, de asemenea, îmbunătățite.
Dintre metalele refractare, molibdenul și aliajele sale au o conductivitate termică bună, conductivitate electrică și coeficient scăzut de dilatare (similar cu sticla folosită pentru tuburi), rezistență ridicată la temperaturi ridicate (1100 ~ 1650 grade) și sunt ușor de prelucrat în comparație cu wolfram, astfel că sunt utilizate în sectorul de fabricație a tuburilor electronice (poartă și anod), sursei de lumină electrică (material suport), unelte de prelucrare a metalelor (filiere de turnare și extrudare și capete perforate) și industria aerospațială. Molibdenul este rezistent la eroziunea sticlei topite, iar oxizii săi nu contaminează sticla. Din 1943, molibdenul a fost folosit în industria sticlei ca electrod de încălzire. Aliajul Mo-30W are o rezistență excelentă la coroziunea zincului topit și a fost aplicat cu succes în industria de topire a zincului. Molibdenul este, de asemenea, utilizat la fabricarea de componente, cum ar fi schimbătoarele de căldură și supapele, în producția de acid sulfuric.