Molybdän ist ein feuerfestes Metall mit hohem Schmelzpunkt und hoher Festigkeit, ein unentbehrlicher Zusatz sowohl in der Stahlindustrie als auch in der Hochtemperatur-Schmierung. Seine größte Verwendung liegt in legierten Stählen: Spurenzusätze von Molybdän verbessern deutlich die Härtbarkeit, Hochtemperaturfestigkeit und Beständigkeit gegen Anlassversprödung, sodass Strukturstähle, Werkzeugstähle, nichtrostende Stähle und Superlegierungen alle Molybdän enthalten, breit verwendet in Öl- und Gaspipelines, Druckbehältern, Kfz-Zahnrädern und Militärpanzerung. In Superlegierungen wird Molybdän in Gasturbinen und Heißstrangpressmatrizen verwendet und behält seine Härte selbst bei Rotglut. In der Schmierung macht die Schichtstruktur von Molybdändisulfid (MoS2) es zu einem ausgezeichneten Festschmierstoff-Zusatz, eingemischt in Schmierfetten, gesprühte Trockenfilme und pulvermetallurgische Festschmierstoffe für Lager und Zahnräder unter Hochtemperatur, Schwerlast und Vakuum. In der Katalyse werden Molybdän-Cobalt- und Molybdän-Nickel-Katalysatoren in der Erdölhydroentschwefelung und Schwerölaufwertung verwendet, wichtige Hilfsmittel der Raffinerieindustrie. Molybdändraht und -blech werden zudem in Glasschmelzelektroden und Vakuumheizelementen verwendet, wegen ihres niedrigen Dampfdrucks bei hoher Temperatur und ihres Benetzungswiderstands mit Glas.
Molybdändisulfid (MoS2) ist ein schwarzes schuppiges Pulver, der Hauptbestandteil des natürlichen Molybdänits; weil seine Schichten leicht übereinander gleiten, ist es ein ausgezeichneter Festschmierstoff, der in Hochtemperatur-Schmierfetten, Trockenfilmbeschichtungen und der selbstschmierenden Modifizierung von Kunststoffen wie Nylon verwendet wird. Molybdäntrioxid (MoO3) ist das Zwischenoxid zur Herstellung von Molybdänmetall und Molybdaten, und zudem ein Bestandteil von Dehydrierungs- und Entschwefelungskatalysatoren sowie ein Farbmittel in Keramik und Glasuren. Molybdate (wie Natriummolybdat und Ammoniummolybdat) werden breit als Metallkorrosionsinhibitoren, Inhibitoren in Kühlwassersystemen und Spurenlandwirtschaftsdünger verwendet, und sind zudem Vorstufen zur Herstellung von Erdölhydroentschwefelungskatalysatoren. Molybdänit (MoS2) selbst ist das Haupterz, aus dem Molybdän raffiniert wird, sodass seine Identität als Schmierstoff und als metallurgisches Ausgangsmaterial in einem einzigen Mineral zusammenfällt.
