Molybdänlegierungen sind Nichteisenlegierungen, die aus Molybdän als Matrix und zusätzlichen Elementen bestehen. Die wichtigsten Legierungselemente sind Titan, Zirkonium, Hafnium, Wolfram und Seltenerdelemente. Titan, Zirkonium und Hafnium spielen in Molybdänlegierungen nicht nur eine festlösungsverstärkende Rolle und erhalten die Plastizität der Legierung bei niedrigen Temperaturen, sondern bilden auch eine stabile und diffus verteilte Karbidphase, um die Festigkeit und Rekristallisationstemperatur der Legierung zu verbessern. Molybdänlegierungen haben eine gute Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und weisen eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen (1100 bis 1650 Grad) auf, wodurch sie leichter zu verarbeiten sind als Wolfram. Es kann als Gate und Anode für Elektronenröhren, als Trägermaterial für elektrische Lichtquellen und zur Herstellung von Druckguss- und Extrusionsformen, Raumfahrzeugteilen usw. verwendet werden. Da Molybdänlegierungen bei niedrigen Temperaturen und beim Schweißen spröde sind und bei hohen Temperaturen leicht oxidieren, ist ihre Entwicklung begrenzt. Zu den industriell hergestellten Molybdänlegierungen gehören Molybdän-Titan-Zirkonium-, Molybdän-Wolfram- und Molybdän-Seltenerdlegierungen, wobei der erste Typ weiter verbreitet ist. Die wichtigsten Härtungsmethoden von Molybdänlegierungen sind Lösungshärtung, Ausscheidungshärtung und Kaltverfestigung. Platten, Streifen, Folien, Rohre, Stangen, Drähte und Profile aus Molybdänlegierungen können durch plastische Verarbeitung hergestellt werden, und ihre Festigkeit und Niedertemperaturplastizität können ebenfalls verbessert werden.
Molybdän und seine Legierungen sind hochschmelzende Metalle und weisen eine gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sowie einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten auf (ähnlich wie Glas für Röhren). Sie weisen eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen (1100–1650 °C) auf und sind im Vergleich zu Wolfram leicht zu verarbeiten. Daher werden sie bei der Herstellung von Elektronenröhren (Gate und Anode), elektrischen Lichtquellen (Trägermaterial), Werkzeugen für die Metallverarbeitung (Druckguss- und Extrusionsformen sowie Lochköpfe) sowie in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Molybdän ist beständig gegen die Erosion durch geschmolzenes Glas und seine Oxide verunreinigen das Glas nicht. Seit 1943 wird Molybdän in der Glasindustrie als Heizelektrode verwendet. Mo-30W-Legierungen weisen eine hervorragende Beständigkeit gegen Korrosion durch geschmolzenes Zink auf und werden erfolgreich in der Zinkschmelzindustrie eingesetzt. Molybdän wird auch bei der Herstellung von Komponenten wie Wärmetauschern und Ventilen bei der Schwefelsäureproduktion verwendet.