Industrijski proizvedene legure molibdena mogu se podijeliti na Mo-Ti-Zr serije, Mo-W serije i Mo-Re serije, kao i na legure serije Mo-Hf-C koje su taloženo ojačane česticama hafnijevog karbida. TZM legura ima izvrsna sveobuhvatna svojstva i najraširenija je legura molibdena. TZC (Mo-1,25 Ti-0,15 Zr-0,15C) legura ima višu visokotemperaturnu čvrstoću i temperaturu rekristalizacije od TZM-a, ali ju je teško obraditi 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 molibdenovih legura na oksidaciju pri visokim temperaturama legiranjem. Trenutačno se za poboljšanje ove izvedbe koriste samo zaštitni premazi. Glavni problem u istraživanju molibdenskih legura je poboljšanje visokotemperaturne čvrstoće i temperature rekristalizacije te poboljšanje niskotemperaturne plastičnosti materijala. Glavni problem u proučavanju čistih molibdenskih materijala je poboljšati niskotemperaturnu plastičnost, odnosno smanjiti njegovu temperaturu prijelaza plastičnost-krhkost.
Glavne metode ojačanja legura molibdena su ojačanje čvrstom otopinom, ojačanje taloženjem i otvrdnjavanje radom (vidi ojačavanje metala). Titan, cirkonij i hafnij su glavni legirajući elementi molibdena. Utjecaj legirajućih elemenata na tvrdoću molibdenskih valjanih šipki prikazan je na slici na sljedećoj stranici. Titan, cirkonij i hafnij ne samo da u čvrstoj otopini mogu ojačati i održavati niskotemperaturnu plastičnost materijala, već također tvore stabilnu i dispergiranu karbidnu fazu, što poboljšava čvrstoću i temperaturu rekristalizacije materijala.
Međuprostorne nečistoće ugljik, dušik, posebno kisik, imaju ozbiljan utjecaj na temperaturu prijelaza plastičnost-krhkost. Njihova topljivost u molibdenu je iznimno niska (ne više od 1ppm na sobnoj temperaturi), a višak međuprostornih elemenata se raspoređuje na granicama zrna u obliku molibdenovih spojeva, smanjujući čvrstoću granica zrna i uzrokujući krhki lom između zrna. Dodavanje bora u tragovima leguri molibdena može pročistiti 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 sučelje). Godine 1955. G. Geach i J. Hughes otkrili su da renij može značajno poboljšati plastičnost molibdena i volframa, te može smanjiti temperaturu prijelaza za plastičnost i krhkost molibdena na -200 ℃.