La lega di molibdeno è una lega non ferrosa composta da molibdeno come matrice e dall'aggiunta di altri elementi. I principali elementi di lega sono titanio, zirconio, afnio, tungsteno ed elementi di terre rare. Gli elementi di titanio, zirconio e afnio non solo svolgono un ruolo di rafforzamento della soluzione solida nella lega di molibdeno e mantengono la plasticità a bassa temperatura della lega, ma formano anche una fase di carburo stabile e diffusamente distribuita per migliorare la resistenza e la temperatura di ricristallizzazione della lega. La lega di molibdeno ha una buona conduttività termica, conduttività elettrica e basso coefficiente di espansione e ha un'elevata resistenza ad alta temperatura (1100~1650 gradi), che è più facile da lavorare rispetto al tungsteno. Può essere utilizzato come gate e anodo per tubi elettronici, materiale di supporto per sorgenti luminose elettriche e per realizzare stampi per pressofusione ed estrusione, parti di veicoli spaziali, ecc. Poiché le leghe di molibdeno sono fragili a basse temperature e fragili in saldatura e facili da ossidare ad alte temperature, il loro sviluppo è limitato. Le leghe di molibdeno prodotte industrialmente includono leghe di molibdeno-titanio-zirconio, molibdeno-tungsteno e leghe di terre rare di molibdeno, e il primo tipo è più ampiamente utilizzato. I principali metodi di rafforzamento delle leghe di molibdeno sono il rafforzamento per soluzione, il rafforzamento per precipitazione e l'incrudimento. Piastre, strisce, lamine, tubi, barre, fili e profili in lega di molibdeno possono essere preparati tramite lavorazione della plastica e anche la loro resistenza e plasticità a bassa temperatura possono essere migliorate.
Tra i metalli refrattari, il molibdeno e le sue leghe hanno una buona conduttività termica, conduttività elettrica e basso coefficiente di dilatazione (simile al vetro utilizzato per i tubi), elevata resistenza ad alte temperature (1100~1650 gradi) e sono facili da lavorare rispetto al tungsteno, quindi sono utilizzati nel settore manifatturiero di tubi elettronici (gate e anodo), sorgenti di luce elettrica (materiale di supporto), utensili per la lavorazione dei metalli (stampi per pressofusione ed estrusione e teste perforate) e nell'industria aerospaziale. Il molibdeno è resistente all'erosione del vetro fuso e i suoi ossidi non contaminano il vetro. Dal 1943, il molibdeno è stato utilizzato nell'industria del vetro come elettrodo riscaldante. La lega Mo-30W ha un'eccellente resistenza alla corrosione dello zinco fuso ed è stata applicata con successo all'industria della fusione dello zinco. Il molibdeno è anche utilizzato nella fabbricazione di componenti come scambiatori di calore e valvole nella produzione di acido solforico.