Molybdenlegering är en icke-järnlegering som består av molybden som matris och lägger till andra element. De huvudsakliga legeringselementen är titan, zirkonium, hafnium, volfram och sällsynta jordartsmetaller. Titan-, zirkonium- och hafniumelement spelar inte bara en solid lösningsstärkande roll i molybdenlegering och bibehåller legeringens lågtemperaturplasticitet, utan bildar också en stabil och diffust fördelad karbidfas för att förbättra legeringens styrka och omkristallisationstemperatur. Molybdenlegering har god värmeledningsförmåga, elektrisk ledningsförmåga och låg expansionskoefficient och har hög hållfasthet vid hög temperatur (1100 ~ 1650 grader), vilket är lättare att bearbeta än volfram. Den kan användas som en grind och anod för elektronrör, ett stödmaterial för elektriska ljuskällor, och för att tillverka gjut- och extruderingsformar, rymdskeppsdelar etc. Eftersom molybdenlegeringar är spröda vid låga temperaturer och spröda vid svetsning, och lätt att oxidera vid höga temperaturer, deras utveckling är begränsad. De industriellt framställda molybdenlegeringarna inkluderar molybden-titan-zirkonium, molybden-volfram och molybden sällsynta jordartsmetaller, och den första typen används mer allmänt. De huvudsakliga förstärkningsmetoderna för molybdenlegeringar är lösningsförstärkning, nederbördsförstärkning och arbetshärdning. Plåtar, remsor, folier, rör, stänger, trådar och profiler av molybdenlegeringar kan förberedas genom plastbearbetning, och deras styrka och lågtemperaturplasticitet kan också förbättras.
Bland eldfasta metaller har molybden och dess legeringar god värmeledningsförmåga, elektrisk ledningsförmåga och låg expansionskoefficient (liknande glas som används för rör), hög hållfasthet vid höga temperaturer (1100~1650 grader), och är lätta att bearbeta jämfört med volfram, så de används inom tillverkningssektorn för elektronrör (gate och anod), elektrisk ljuskälla (stödmaterial), metallbearbetningsverktyg (pressgjutnings- och extruderingsformar och perforerade huvuden) och flygindustrin. Molybden är resistent mot erosion av smält glas, och dess oxider förorenar inte glaset. Sedan 1943 har molybden använts i glasindustrin som värmeelektrod. Mo-30W-legering har utmärkt motståndskraft mot korrosion av smält zink och har framgångsrikt använts i zinksmältindustrin. Molybden används även vid tillverkning av komponenter som värmeväxlare och ventiler vid tillverkning av svavelsyra.