Industrielt fremstillede molybdænlegeringer kan opdeles i Mo-Ti-Zr serie, Mo-W serie og Mo-Re serie legeringer, samt Mo-Hf-C serie legeringer, der er udfældningsforstærket med hafnium carbid partikler. TZM-legering har fremragende omfattende egenskaber og er den mest udbredte molybdænlegering. TZC (Mo-1.25 Ti-0.15 Zr-0.15C) legering har højere højtemperaturstyrke og omkrystallisationstemperatur end TZM, men det er vanskeligt at behandle, og dets anvendelse er begrænset.
Molybdænlegeringer har mangler såsom lavtemperaturskørhed, svejseskørhed og højtemperaturoxidation, så deres udvikling er begrænset. Det er vanskeligt at forbedre højtemperaturoxidationsbestandigheden af molybdænlegeringer ved legering. På nuværende tidspunkt bruges kun beskyttende belægninger til at forbedre denne ydeevne. Hovedproblemet i forskningen i molybdænlegeringer er at forbedre højtemperaturstyrken og omkrystallisationstemperaturen og at forbedre materialets lavtemperaturplasticitet. Hovedproblemet i studiet af rene molybdænmaterialer er at forbedre lavtemperatur-plasticitet, det vil sige at reducere dens plasticitet-skøre overgangstemperatur.
De vigtigste forstærkningsmetoder for molybdænlegeringer er fast opløsningsforstærkning, udfældningsforstærkning og arbejdshærdning (se forstærkning af metaller). Titanium, zirconium og hafnium er de vigtigste legeringselementer i molybdæn. Påvirkningen af legeringselementer på hårdheden af molybdænvalsede stænger er vist i figuren på næste side. Titan, zirconium og hafnium kan ikke kun i fast opløsning styrke og opretholde materialets lavtemperatur-plasticitet, men også danne en stabil og dispergeret karbidfase, som forbedrer materialets styrke og omkrystallisationstemperatur.
Interstitielle urenheder kulstof, nitrogen, især oxygen, har en alvorlig indvirkning på den plasticitets-skøre overgangstemperatur. Deres opløselighed i molybdæn er ekstremt lav (ikke mere end 1 ppm ved stuetemperatur), og de overskydende interstitielle elementer fordeles på korngrænserne i form af molybdænforbindelser, hvilket reducerer styrken af korngrænserne og forårsager sprøde brud mellem kornene. Tilsætning af sporbor til molybdænlegeringen kan forfine kornene, rense korngrænserne og ændre morfologien af korngrænserne og derved forbedre plasticiteten af molybdæn: tilsætning af sporstoffer som jern og yttrium kan også forbedre lavtemperatur-plasticiteten. (se interface). I 1955 opdagede G. Geach og J. Hughes, at rhenium betydeligt kan forbedre plasticiteten af molybdæn og wolfram, og kan reducere den plasticitet-skøre overgangstemperatur for molybdæn til -200 ℃.