Industriellt framställda molybdenlegeringar kan delas in i Mo-Ti-Zr-serien, Mo-W-serien och Mo-Re-seriens legeringar, samt Mo-Hf-C-seriens legeringar som är fällningsförstärkta med hafniumkarbidpartiklar. TZM-legeringen har utmärkta omfattande egenskaper och är den mest använda molybdenlegeringen. TZC (Mo-1,25 Ti-0,15 Zr-0,15C) legering har högre högtemperaturhållfasthet och omkristallisationstemperatur än TZM, men den är svår att bearbeta och dess tillämpning är begränsad.
Molybdenlegeringar har brister såsom sprödhet vid låg temperatur, svetssprödhet och högtemperaturoxidation, så deras utveckling är begränsad. Det är svårt att förbättra högtemperaturoxidationsbeständigheten hos molybdenlegeringar genom legering. För närvarande används endast skyddande beläggningar för att förbättra denna prestanda. Huvudproblemet i forskningen av molybdenlegeringar är att förbättra högtemperaturstyrkan och omkristallisationstemperaturen och att förbättra materialets lågtemperaturplasticitet. Huvudproblemet i studien av rena molybdenmaterial är att förbättra lågtemperaturplasticiteten, det vill säga att minska dess plasticitetsspröda övergångstemperatur.
De huvudsakliga förstärkningsmetoderna för molybdenlegeringar är fast lösningsförstärkning, fällningsförstärkning och arbetshärdning (se förstärkning av metaller). Titan, zirkonium och hafnium är de viktigaste legeringselementen i molybden. Inverkan av legeringselement på hårdheten hos valsade molybdenstänger visas i figuren på nästa sida. Titan, zirkonium och hafnium kan inte bara i fast lösning stärka och bibehålla materialets lågtemperaturplasticitet, utan också bilda en stabil och dispergerad karbidfas, vilket förbättrar materialets styrka och omkristallisationstemperatur.
Interstitiella föroreningar kol, kväve, särskilt syre, har en allvarlig inverkan på den plasticitetsspröda övergångstemperaturen. Deras löslighet i molybden är extremt låg (inte mer än 1 ppm vid rumstemperatur), och överskottet av interstitiellt element fördelas på korngränserna i form av molybdenföreningar, vilket minskar styrkan i korngränserna och orsakar spröda brott mellan kornen. Tillsatsen av spårbor till molybdenlegeringen kan förfina kornen, rena korngränserna och ändra morfologin hos korngränserna, och därigenom förbättra plasticiteten hos molybden: tillsats av spårämnen som järn och yttrium kan också förbättra lågtemperaturplasticiteten (se gränssnitt). År 1955 upptäckte G. Geach och J. Hughes att rhenium avsevärt kan förbättra plasticiteten hos molybden och volfram och kan minska den plasticitetsspröda övergångstemperaturen för molybden till -200 ℃.