Промишлено произвежданите молибденови сплави могат да бъдат разделени на сплави от серия Mo-Ti-Zr, серия Mo-W и сплави от серия Mo-Re, както и сплави от серия Mo-Hf-C, които са утаено подсилени с частици хафниев карбид. TZM сплав има отлични всеобхватни свойства и е най-широко използваната молибденова сплав. TZC (Mo-1.25 Ti-0.15 Zr-0.15C) сплав има по-висока якост при висока температура и температура на рекристализация от TZM, но е трудна за обработка и приложението й е ограничено.
Молибденовите сплави имат недостатъци като нискотемпературна крехкост, крехкост при заваряване и високотемпературно окисляване, така че тяхното развитие е ограничено. Трудно е да се подобри високотемпературната устойчивост на окисляване на молибденовите сплави чрез легиране. Понастоящем се използват само защитни покрития за подобряване на това представяне. Основният проблем при изследването на молибденовите сплави е да се подобри високотемпературната якост и температурата на рекристализация и да се подобри нискотемпературната пластичност на материала. Основният проблем при изследването на чистите молибденови материали е да се подобри нискотемпературната пластичност, тоест да се намали неговата температура на преход пластичност-крехка.
Основните методи за укрепване на молибденовите сплави са укрепване с твърд разтвор, утаяване и втвърдяване (вижте укрепване на метали). Титан, цирконий и хафний са основните легиращи елементи на молибдена. Влиянието на легиращите елементи върху твърдостта на молибденовите валцувани пръти е показано на фигурата на следващата страница. Титан, цирконий и хафний могат не само да укрепят и поддържат нискотемпературната пластичност на материала, но и да образуват стабилна и дисперсна карбидна фаза, която подобрява здравината и температурата на рекристализация на материала.
Интерстициалните примеси въглерод, азот, особено кислород, имат сериозно влияние върху температурата на прехода пластичност-крехка. Тяхната разтворимост в молибден е изключително ниска (не повече от 1ppm при стайна температура), а излишните интерстициални елементи се разпределят по границите на зърната под формата на молибденови съединения, намалявайки здравината на границите на зърната и причинявайки крехко счупване между зърната. Добавянето на следи от бор към молибденовата сплав може да рафинира зърната, да пречисти границите на зърната и да промени морфологията на границите на зърната, като по този начин се подобри пластичността на молибдена: добавянето на микроелементи като желязо и итрий може също да подобри пластичността при ниска температура (виж интерфейса). През 1955 г. G. Geach и J. Hughes откриват, че реният може значително да подобри пластичността на молибдена и волфрама и може да намали температурата на преход към пластичност и крехкост на молибдена до -200℃.