Молібденові сплави промислового виробництва можна розділити на сплави серії Mo-Ti-Zr, серії Mo-W і сплави серії Mo-Re, а також сплави серії Mo-Hf-C, які зміцнюються частинками карбіду гафнію. Сплав TZM має чудові комплексні властивості і є найбільш поширеним молібденовим сплавом. Сплав TZC (Mo-1,25 Ti-0,15 Zr-0,15C) має вищу високотемпературну міцність і температуру рекристалізації, ніж TZM, але його важко обробляти і його застосування обмежене.
Молібденові сплави мають такі недоліки, як низькотемпературна крихкість, крихкість при зварюванні, високотемпературне окислення, тому їх розвиток обмежений. Підвищити стійкість до високотемпературного окислення молібденових сплавів шляхом легування важко. В даний час для поліпшення цих характеристик використовуються тільки захисні покриття. Основною проблемою дослідження молібденових сплавів є підвищення високотемпературної міцності та температури рекристалізації, а також підвищення низькотемпературної пластичності матеріалу. Основною проблемою дослідження чистих молібденових матеріалів є підвищення низькотемпературної пластичності, тобто зниження температури його переходу пластично-крихкий.
Основними методами зміцнення молібденових сплавів є зміцнення твердим розчином, осадкове зміцнення і робоче зміцнення (див. Зміцнення металів). Основними легуючими елементами молібдену є титан, цирконій і гафній. Вплив легуючих елементів на твердість молібденового прокату показано на малюнку на наступній сторінці. Титан, цирконій і гафній можуть не тільки в твердому розчині зміцнювати і підтримувати низькотемпературну пластичність матеріалу, а й утворювати стабільну і дисперсну карбідну фазу, що підвищує міцність і температуру рекристалізації матеріалу.
Інтерстиціальні домішки вуглецю, азоту, особливо кисню, роблять серйозний вплив на температуру переходу пластично-крихкий. Їх розчинність у молібдені вкрай низька (не більше 1 ppm при кімнатній температурі), а надлишок міжвузлих елементів розподіляється по кордонах зерен у вигляді сполук молібдену, знижуючи міцність меж зерен і викликаючи крихке руйнування між зернами. Додавання мікроелементів бору до молібденового сплаву може очистити зерна, очистити межі зерен і змінити морфологію меж зерен, покращуючи тим самим пластичність молібдену: додавання мікроелементів, таких як залізо та ітрій, також може покращити низькотемпературну пластичність. (див. інтерфейс). У 1955 р. Г. Гіч і Дж. Хьюз виявили, що реній може значно покращити пластичність молібдену і вольфраму, а також знизити температуру пластично-крихкого переходу молібдену до -200 ℃.