工業的に製造されたモリブデン合金は、Mo-Ti-Zrシリーズ、Mo-Wシリーズ、Mo-Reシリーズの合金と、炭化ハフニウム粒子で析出強化されたMo-Hf-Cシリーズの合金に分類できます。 TZM合金は優れた総合特性を持ち、最も広く使用されているモリブデン合金です。 TZC（Mo-1.25 Ti-0.15 Zr-0.15C）合金は、TZMよりも高温強度と再結晶温度が高くなりますが、加工が難しく、用途が限られています。
モリブデン合金は、低温脆性、溶接脆性、高温酸化などの欠点があるため、開発が限られています。 合金化によってモリブデン合金の高温耐酸化性を向上させることは困難です。 現在、この性能を向上させるために保護コーティングのみが使用されています。 モリブデン合金の研究における主な問題は、高温強度と再結晶温度を改善し、材料の低温可塑性を改善することです。 純粋なモリブデン材料の研究における主な問題は、低温塑性を改善すること、つまり、その塑性-脆性転移温度を下げることです。
モリブデン合金の主な強化方法は、固溶体強化、析出強化、加工硬化です（金属の強化を参照）。 チタン、ジルコニウム、ハフニウムは、モリブデンの主な合金元素です。 モリブデン圧延棒の硬度に及ぼす合金元素の影響を次のページの図に示します。 チタン、ジルコニウム、ハフニウムは、固溶体で材料の低温塑性を強化および維持するだけでなく、安定した分散炭化物相を形成し、材料の強度と再結晶温度を向上させます。
侵入型不純物である炭素、窒素、特に酸素は、塑性-脆性転移温度に深刻な影響を及ぼします。 それらのモリブデンへの溶解度は非常に低く（室温で1ppm以下）、過剰な侵入型元素はモリブデン化合物の形で粒界に分布し、粒界の強度を低下させ、粒間に脆性破壊を引き起こします。 モリブデン合金に微量ホウ素を添加すると、結晶粒が微細化され、粒界が浄化され、結晶粒界の形態が変化するため、モリブデンの可塑性が向上します。鉄やイットリウムなどの微量元素を添加すると、低温可塑性も向上します。 （インターフェースを参照）。 1955年、G。GeachとJ. Hughesは、レニウムがモリブデンとタングステンの塑性を大幅に改善し、モリブデンの塑性-脆性転移温度を-200℃に下げることができることを発見しました。