モリブデン合金は、モリブデンを母材とし、その他の元素を加えて構成される非鉄合金です。主な合金元素は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、希土類元素です。チタン、ジルコニウム、ハフニウム元素は、モリブデン合金の固溶強化の役割を果たして合金の低温塑性を維持するだけでなく、安定して拡散分布する炭化物相を形成して合金の強度と再結晶温度を向上させます。モリブデン合金は、熱伝導性、電気伝導性、膨張係数が低く、高温（1100～1650度）での強度が高く、タングステンよりも加工しやすいです。 モリブデン合金は、電子管のゲートやアノード、電気光源のサポート材、ダイカストや押し出し金型、宇宙船部品などの製造に使用できます。モリブデン合金は低温では脆く、溶接も脆く、高温では酸化しやすいため、開発が制限されています。工業的に生産されるモリブデン合金には、モリブデン-チタン-ジルコニウム、モリブデン-タングステン、モリブデン-希土類合金があり、前者の方が広く使用されています。モリブデン合金の主な強化方法は、固溶強化、析出強化、加工硬化です。モリブデン合金の板、条、箔、管、棒、線、形材は、塑性加工によって製造でき、強度と低温塑性も向上します。
耐火金属の中でも、モリブデンおよびその合金は、熱伝導性、電気伝導性、膨張係数の低さ（管用ガラスと同様）、高温（1100～1650度）での強度の高さ、タングステンに比べて加工しやすいなどの特徴があり、電子管（ゲートおよびアノード）、電気光源（支持材）、金属加工工具（ダイカストおよび押し出しダイ、穴あきヘッド）の製造分野、航空宇宙産業などで使用されています。モリブデンは溶融ガラスの浸食に強く、その酸化物がガラスを汚染することはありません。1943年以来、モリブデンはガラス産業で加熱電極として使用されてきました。Mo-30W合金は溶融亜鉛の腐食に対する耐性が優れており、亜鉛製錬産業にうまく応用されています。モリブデンは、硫酸製造における熱交換器やバルブなどの部品の製造にも使用されています。