Molybdænlegering er en ikke-jernholdig legering, der består af molybdæn som matrix og tilføjer andre elementer. De vigtigste legeringselementer er titanium, zirconium, hafnium, wolfram og sjældne jordarter. Titanium-, zirconium- og hafniumelementer spiller ikke kun en solid opløsningsstyrkende rolle i molybdænlegering og opretholder legeringens lavtemperatur-plasticitet, men danner også en stabil og diffust fordelt karbidfase for at forbedre legeringens styrke og omkrystallisationstemperatur. Molybdænlegering har god termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne og lav ekspansionskoefficient og har høj styrke ved høj temperatur (1100 ~ 1650 grader), hvilket er lettere at behandle end wolfram. Den kan bruges som port og anode til elektronrør, støttemateriale til elektriske lyskilder og til fremstilling af trykstøbe- og ekstruderingsforme, rumfartøjsdele osv. Fordi molybdænlegeringer er sprøde ved lave temperaturer og sprøde ved svejsning, og let at oxidere ved høje temperaturer, deres udvikling er begrænset. De industrielt fremstillede molybdænlegeringer omfatter molybdæn-titanium-zirconium, molybdæn-wolfram og molybdæn sjældne jordarters legeringer, og den første type er mere udbredt. De vigtigste forstærkningsmetoder for molybdænlegeringer er opløsningsforstærkning, udfældningsforstærkning og arbejdshærdning. Molybdænlegeringsplader, -strimler, folier, rør, stænger, tråde og profiler kan fremstilles gennem plastforarbejdning, og deres styrke og lavtemperatur-plasticitet kan også forbedres.
Blandt ildfaste metaller har molybdæn og dets legeringer god termisk ledningsevne, elektrisk ledningsevne og lav udvidelseskoefficient (svarende til glas, der bruges til rør), høj styrke ved høje temperaturer (1100~1650 grader) og er nemme at behandle sammenlignet med wolfram, så de bruges i fremstillingssektoren af elektronrør (gate og anode), elektrisk lyskilde (støttemateriale), metalbearbejdningsværktøjer (støbe- og ekstruderingsmatricer og perforerede hoveder) og rumfartsindustrien. Molybdæn er modstandsdygtig over for erosion af smeltet glas, og dets oxider forurener ikke glasset. Siden 1943 har molybdæn været brugt i glasindustrien som varmeelektrode. Mo-30W-legering har fremragende modstandsdygtighed over for smeltet zink-korrosion og er med succes blevet anvendt til zinksmelteindustrien. Molybdæn bruges også til fremstilling af komponenter som varmevekslere og ventiler til fremstilling af svovlsyre.