Paduan molibdenum yang diproduksi secara industri dapat dibagi menjadi seri Mo-Ti-Zr, seri Mo-W dan seri Mo-Re, serta paduan seri Mo-Hf-C yang presipitasi diperkuat dengan partikel hafnium karbida. Paduan TZM memiliki sifat komprehensif yang sangat baik dan merupakan paduan molibdenum yang paling banyak digunakan. Paduan TZC (Mo-1,25 Ti-0,15 Zr-0,15C) memiliki kekuatan suhu tinggi dan suhu rekristalisasi yang lebih tinggi daripada TZM, tetapi sulit untuk diproses dan aplikasinya terbatas.
Paduan molibdenum memiliki kekurangan seperti kerapuhan suhu rendah, kerapuhan pengelasan, dan oksidasi suhu tinggi, sehingga pengembangannya terbatas. Sulit untuk meningkatkan ketahanan oksidasi suhu tinggi dari paduan molibdenum dengan paduan. Saat ini, hanya lapisan pelindung yang digunakan untuk meningkatkan kinerja ini. Masalah utama dalam penelitian paduan molibdenum adalah untuk meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan suhu rekristalisasi, dan untuk meningkatkan plastisitas suhu rendah bahan. Masalah utama dalam studi bahan molibdenum murni adalah untuk meningkatkan plastisitas suhu rendah, yaitu, untuk mengurangi suhu transisi plastisitas rapuh.
Metode penguatan utama paduan molibdenum adalah penguatan larutan padat, penguatan presipitasi dan pengerasan kerja (lihat penguatan logam). Titanium, zirkonium dan hafnium adalah elemen paduan utama molibdenum. Pengaruh elemen paduan terhadap kekerasan batang canai molibdenum ditunjukkan pada gambar di halaman berikutnya. Titanium, zirkonium dan hafnium tidak hanya dapat memperkuat dan mempertahankan plastisitas suhu rendah bahan, tetapi juga membentuk fase karbida yang stabil dan tersebar, yang meningkatkan kekuatan dan suhu rekristalisasi material.
Pengotor interstisial karbon, nitrogen, terutama oksigen, memiliki dampak serius pada suhu transisi rapuh plastisitas. Kelarutannya dalam molibdenum sangat rendah (tidak lebih dari 1 ppm pada suhu kamar), dan kelebihan elemen interstisial didistribusikan pada batas butir dalam bentuk senyawa molibdenum, mengurangi kekuatan batas butir dan menyebabkan patah getas di antara butir. Penambahan boron jejak ke paduan molibdenum dapat memperbaiki butir, memurnikan batas butir dan mengubah morfologi batas butir, sehingga meningkatkan plastisitas molibdenum: menambahkan elemen jejak seperti besi dan yttrium juga dapat meningkatkan plastisitas suhu rendah (lihat antarmuka). Pada tahun 1955, G. Geach dan J. Hughes menemukan bahwa renium dapat secara signifikan meningkatkan plastisitas molibdenum dan tungsten, dan dapat mengurangi suhu transisi rapuh plastisitas molibdenum menjadi -200℃.