Molybdenlegering er en ikke-jernholdig legering som består av molybden som matrise og legger til andre elementer. De viktigste legeringselementene er titan, zirkonium, hafnium, wolfram og sjeldne jordartsmetaller. Titan-, zirkonium- og hafniumelementer spiller ikke bare en solid løsningsforsterkende rolle i molybdenlegering og opprettholder lavtemperaturplastisiteten til legeringen, men danner også en stabil og diffust fordelt karbidfase for å forbedre legeringens styrke og omkrystalliseringstemperatur. Molybdenlegering har god termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne og lav ekspansjonskoeffisient, og har høy styrke ved høy temperatur (1100 ~ 1650 grader), som er lettere å behandle enn wolfram. Den kan brukes som port og anode for elektronrør, støttemateriale for elektriske lyskilder, og til å lage støpe- og ekstruderingsformer, romfartøydeler osv. Fordi molybdenlegeringer er sprø ved lave temperaturer og sprø ved sveising, og lett å oksidere ved høye temperaturer, deres utvikling er begrenset. De industrielt produserte molybdenlegeringene inkluderer molybden-titan-zirkonium, molybden-wolfram og molybden-legeringer av sjeldne jordarter, og den første typen er mer utbredt. De viktigste forsterkningsmetodene for molybdenlegeringer er løsningsforsterkning, nedbørsforsterkning og arbeidsherding. Molybdenlegeringsplater, strimler, folier, rør, stenger, ledninger og profiler kan fremstilles gjennom plastbehandling, og deres styrke og lavtemperaturplastisitet kan også forbedres.
Blant ildfaste metaller har molybden og dets legeringer god termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne og lav ekspansjonskoeffisient (ligner på glass som brukes til rør), høy styrke ved høye temperaturer (1100~1650 grader), og er enkle å behandle sammenlignet med wolfram, så de brukes i produksjonssektoren av elektronrør (port og anode), elektrisk lyskilde (støttemateriale), metallbearbeidingsverktøy (støpe- og ekstruderingsdyser og perforerte hoder) og romfartsindustrien. Molybden er motstandsdyktig mot erosjon av smeltet glass, og dets oksider forurenser ikke glasset. Siden 1943 har molybden blitt brukt i glassindustrien som varmeelektrode. Mo-30W-legering har utmerket motstand mot smeltet sink-korrosjon og har blitt brukt med suksess i sinksmelteindustrien. Molybden brukes også til fremstilling av komponenter som varmevekslere og ventiler i produksjon av svovelsyre.