Industrijski proizvedene legure molibdena mogu se podijeliti na seriju Mo-Ti-Zr, seriju Mo-W i legure serije Mo-Re, kao i legure serije Mo-Hf-C koje su precipitacijski ojačane česticama hafnij karbida. TZM legura ima izvrsna sveobuhvatna svojstva i najraširenija je legura molibdena. TZC (Mo-1,25 Ti-0,15 Zr-0,15C) legura ima veću visokotemperaturnu čvrstoću i temperaturu rekristalizacije od TZM, ali je teška za obradu i njena primjena je ograničena.
Legure molibdena imaju nedostatke kao što su niskotemperaturna lomljivost, lomljivost zavarivanja i visokotemperaturna oksidacija, pa je njihov razvoj ograničen. Teško je poboljšati otpornost legura molibdena na oksidaciju pri visokim temperaturama legiranjem. Trenutno se za poboljšanje ovih performansi koriste samo zaštitni premazi. Glavni problem u istraživanju legura molibdena je poboljšanje visokotemperaturne čvrstoće i temperature rekristalizacije, te poboljšanje niskotemperaturne plastičnosti materijala. Glavni problem u proučavanju čistih molibdenskih materijala je poboljšati plastičnost pri niskim temperaturama, odnosno smanjiti njegovu temperaturu prijelaza između plastičnosti i lomljivosti.
Glavne metode ojačanja legura molibdena su ojačanje čvrstim rastvorom, taložno ojačanje i radno kaljenje (vidi ojačavanje metala). Titanijum, cirkonijum i hafnij su glavni legirajući elementi molibdena. Utjecaj legirajućih elemenata na tvrdoću valjanih šipki od molibdena prikazan je na slici na sljedećoj stranici. Titan, cirkonij i hafnij ne samo da mogu u čvrstoj otopini ojačati i održati niskotemperaturnu plastičnost materijala, već i formirati stabilnu i dispergiranu karbidnu fazu, koja poboljšava čvrstoću i temperaturu rekristalizacije materijala.
Intersticijalne nečistoće ugljik, dušik, posebno kisik, imaju ozbiljan utjecaj na temperaturu prijelaza plastičnost-krhka. Njihova rastvorljivost u molibdenu je izuzetno niska (ne više od 1 ppm na sobnoj temperaturi), a višak međuprostornih elemenata se distribuira na granicama zrna u obliku jedinjenja molibdena, smanjujući čvrstoću granica zrna i uzrokujući krhki lom između zrna. Dodavanje bora u tragovima leguri molibdena može rafinirati zrna, pročistiti granice zrna i promijeniti morfologiju granica zrna, čime se poboljšava plastičnost molibdena: dodavanje elemenata u tragovima kao što su željezo i itrij također može poboljšati plastičnost pri niskoj temperaturi (vidi interfejs). Godine 1955. G. Geach i J. Hughes su otkrili da renijum može značajno poboljšati plastičnost molibdena i volframa, te može smanjiti temperaturu prijelaza molibdena na plastičnost i krhkost na -200℃.