Молибденовата сплав е сплав от цветни метали, съставена от молибден като матрица и добавяне на други елементи. Основните легиращи елементи са титан, цирконий, хафний, волфрам и редкоземни елементи. Елементите от титан, цирконий и хафний не само играят роля за укрепване на твърдия разтвор в молибденовата сплав и поддържат нискотемпературната пластичност на сплавта, но също така образуват стабилна и дифузно разпределена карбидна фаза за подобряване на якостта и температурата на рекристализация на сплавта. Молибденовата сплав има добра топлопроводимост, електрическа проводимост и нисък коефициент на разширение и има висока якост при висока температура (1100~1650 градуса), което е по-лесно за обработка от волфрам. Може да се използва като затвор и анод за електронни тръби, поддържащ материал за електрически източници на светлина и за изработване на матрици за леене под налягане и екструдиране, части за космически кораби и др. Тъй като молибденовите сплави са крехки при ниски температури и крехки при заваряване, и лесно се окисляват при високи температури, тяхното развитие е ограничено. Индустриално произведените молибденови сплави включват молибден-титан-цирконий, молибден-волфрам и молибденови редкоземни сплави, като първият тип е по-широко използван. Основните методи за укрепване на молибденови сплави са укрепване с разтвор, утаяване и закаляване. Плочи, ленти, фолиа, тръби, пръти, жици и профили от молибденови сплави могат да бъдат приготвени чрез пластична обработка и тяхната якост и пластичност при ниска температура също могат да бъдат подобрени.
Сред огнеупорните метали молибденът и неговите сплави имат добра топлопроводимост, електрическа проводимост и нисък коефициент на разширение (подобно на стъклото, използвано за тръби), висока якост при високи температури (1100~1650 градуса) и са лесни за обработка в сравнение с волфрама, така че те се използват в производствения сектор на електронни тръби (врата и анод), източник на електрическа светлина (поддържащ материал), инструменти за обработка на метали (щанци за леене под налягане и екструдиране и перфорирани глави) и космическата индустрия. Молибденът е устойчив на ерозия на разтопеното стъкло и неговите оксиди не замърсяват стъклото. От 1943 г. молибденът се използва в стъкларската промишленост като нагряващ електрод. Mo-30W сплавта има отлична устойчивост на корозия на разтопен цинк и успешно се прилага в индустрията за топене на цинк. Молибденът се използва и в производството на компоненти като топлообменници и клапани при производството на сярна киселина.