آلیاژهای مولیبدن تولید شده صنعتی را می توان به سری Mo-Ti-Zr، سری Mo-W و سری Mo-Re و همچنین آلیاژهای سری Mo-Hf-C که در اثر بارش با ذرات کاربید هافنیوم تقویت می شوند تقسیم کرد. آلیاژ TZM دارای خواص جامع عالی است و پرمصرف ترین آلیاژ مولیبدن است. آلیاژ TZC (Mo-1.25 Ti-0.15 Zr-0.15C) نسبت به TZM استحکام دمایی و دمای تبلور مجدد بالاتری دارد، اما پردازش آن دشوار است و کاربرد آن محدود است.
آلیاژهای مولیبدن دارای کاستی هایی مانند شکنندگی در دمای پایین، شکنندگی جوشکاری و اکسیداسیون در دمای بالا هستند، بنابراین توسعه آنها محدود است. بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا آلیاژهای مولیبدن با آلیاژسازی دشوار است. در حال حاضر فقط از پوشش های محافظ برای بهبود این عملکرد استفاده می شود. مشکل اصلی در تحقیق آلیاژهای مولیبدن بهبود استحکام در دمای بالا و دمای تبلور مجدد و بهبود انعطاف پذیری در دمای پایین مواد است. مشکل اصلی در مطالعه مواد مولیبدن خالص، بهبود انعطاف پذیری در دمای پایین، یعنی کاهش دمای انتقال شکل پذیری-شکننده آن است.
روش های اصلی تقویت آلیاژهای مولیبدن، تقویت محلول جامد، تقویت رسوبی و سخت کاری (به تقویت فلزات مراجعه کنید). تیتانیوم، زیرکونیوم و هافنیوم عناصر آلیاژی اصلی مولیبدن هستند. تاثیر عناصر آلیاژی بر سختی میلگردهای نورد مولیبدن در شکل صفحه بعد نشان داده شده است. تیتانیوم، زیرکونیوم و هافنیوم نه تنها می توانند محلول جامد را تقویت کنند و انعطاف پذیری در دمای پایین مواد را حفظ کنند، بلکه یک فاز کاربید پایدار و پراکنده را تشکیل می دهند که استحکام و دمای تبلور مجدد مواد را بهبود می بخشد.
ناخالصی های بینابینی کربن، نیتروژن، به ویژه اکسیژن، تأثیر جدی بر دمای انتقال شکل پذیری - شکننده دارند. حلالیت آنها در مولیبدن بسیار کم است (در دمای اتاق بیشتر از 1ppm نیست) و عناصر بینابینی اضافی به شکل ترکیبات مولیبدن بر روی مرزهای دانه پخش می شوند و باعث کاهش استحکام مرزهای دانه و ایجاد شکستگی شکننده بین دانه ها می شوند. افزودن کمیاب بور به آلیاژ مولیبدن میتواند دانهها را تصفیه کند، مرزهای دانهها را خالص کند و مورفولوژی مرز دانهها را تغییر دهد، در نتیجه انعطافپذیری مولیبدن را بهبود بخشد: افزودن عناصر کمیاب مانند آهن و ایتریم همچنین میتواند انعطافپذیری در دمای پایین را بهبود بخشد. (به رابط مراجعه کنید). در سال 1955، G. Geach و J. Hughes کشف کردند که رنیم می تواند به طور قابل توجهی انعطاف پذیری مولیبدن و تنگستن را بهبود بخشد و می تواند دمای انتقال مولیبدن را به 200- درجه سانتیگراد کاهش دهد.