औद्योगिक रूप से उत्पादित मोलिब्डेनम मिश्र धातुओं को Mo-Ti-Zr श्रृंखला, Mo-W श्रृंखला और Mo-Re श्रृंखला मिश्र धातुओं के साथ-साथ Mo-Hf-C श्रृंखला मिश्र धातुओं में विभाजित किया जा सकता है जो हेफ़नियम कार्बाइड कणों के साथ मजबूत वर्षा हैं। TZM मिश्र धातु में उत्कृष्ट व्यापक गुण हैं और यह सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला मोलिब्डेनम मिश्र धातु है। TZC (Mo-1.25 Ti-0.15 Zr-0.15C) मिश्र धातु में TZM की तुलना में उच्च तापमान शक्ति और पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान होता है, लेकिन इसे संसाधित करना मुश्किल होता है और इसका अनुप्रयोग सीमित होता है।
मोलिब्डेनम मिश्र धातुओं में कम तापमान भंगुरता, वेल्डिंग भंगुरता और उच्च तापमान ऑक्सीकरण जैसी कमियां हैं, इसलिए उनका विकास सीमित है। मिश्रधातु द्वारा मोलिब्डेनम मिश्र धातुओं के उच्च तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार करना मुश्किल है। वर्तमान में, इस प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए केवल सुरक्षात्मक कोटिंग्स का उपयोग किया जाता है। मोलिब्डेनम मिश्र धातुओं के अनुसंधान में मुख्य समस्या उच्च तापमान शक्ति और पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान में सुधार करना है, और सामग्री के निम्न तापमान वाले प्लास्टिसिटी में सुधार करना है। शुद्ध मोलिब्डेनम सामग्री के अध्ययन में मुख्य समस्या निम्न-तापमान प्लास्टिसिटी में सुधार करना है, अर्थात इसके प्लास्टिसिटी-भंगुर संक्रमण तापमान को कम करना है।
मोलिब्डेनम मिश्र धातुओं को मजबूत करने के मुख्य तरीके ठोस घोल को मजबूत करना, वर्षा को मजबूत करना और सख्त करना (धातुओं को मजबूत करना देखें) हैं। टाइटेनियम, ज़िरकोनियम और हेफ़नियम मोलिब्डेनम के मुख्य मिश्र धातु तत्व हैं। मोलिब्डेनम रोल्ड बार की कठोरता पर मिश्र धातु तत्वों का प्रभाव अगले पृष्ठ पर चित्र में दिखाया गया है। टाइटेनियम, ज़िरकोनियम और हेफ़नियम न केवल ठोस-समाधान सामग्री के निम्न-तापमान प्लास्टिसिटी को मजबूत और बनाए रख सकते हैं, बल्कि एक स्थिर और छितरी हुई कार्बाइड चरण भी बना सकते हैं, जो सामग्री की ताकत और पुनर्रचना तापमान में सुधार करता है।
अंतरालीय अशुद्धियाँ कार्बन, नाइट्रोजन, विशेष रूप से ऑक्सीजन, का प्लास्टिक-भंगुर संक्रमण तापमान पर गंभीर प्रभाव पड़ता है। मोलिब्डेनम में उनकी घुलनशीलता बेहद कम है (कमरे के तापमान पर 1ppm से अधिक नहीं), और अतिरिक्त अंतरालीय तत्व मोलिब्डेनम यौगिकों के रूप में अनाज की सीमाओं पर वितरित किए जाते हैं, अनाज की सीमाओं की ताकत को कम करते हैं और अनाज के बीच भंगुर फ्रैक्चर का कारण बनते हैं। मोलिब्डेनम मिश्र धातु में ट्रेस बोरॉन के अलावा अनाज को परिष्कृत कर सकते हैं, अनाज की सीमाओं को शुद्ध कर सकते हैं और अनाज की सीमाओं के आकारिकी को बदल सकते हैं, जिससे मोलिब्डेनम की प्लास्टिसिटी में सुधार हो सकता है: लोहे और यट्रियम जैसे ट्रेस तत्वों को जोड़ने से कम तापमान की प्लास्टिसिटी में भी सुधार हो सकता है। (इंटरफ़ेस देखें)। 1955 में, जी। गेच और जे। ह्यूजेस ने पाया कि रेनियम मोलिब्डेनम और टंगस्टन की प्लास्टिसिटी में काफी सुधार कर सकता है, और मोलिब्डेनम के प्लास्टिसिटी-भंगुर संक्रमण तापमान को -200 ℃ तक कम कर सकता है।