Molybdeeniseos on ei-rautametalliseos, joka koostuu molybdeenistä matriisina ja lisää muita alkuaineita. Tärkeimmät seosaineet ovat titaani, zirkonium, hafnium, volframi ja harvinaiset maametallit. Titaani-, zirkonium- ja hafniumelementeillä ei ole vain kiinteää liuosta vahvistavaa roolia molybdeeniseoksessa ja ne ylläpitävät lejeeringin plastisuutta matalassa lämpötilassa, vaan ne muodostavat myös vakaan ja diffuusisesti jakautuneen karbidifaasin parantamaan lejeeringin lujuutta ja uudelleenkiteytyslämpötilaa. Molybdeeniseoksella on hyvä lämmönjohtavuus, sähkönjohtavuus ja alhainen laajenemiskerroin, ja sillä on korkea lujuus korkeassa lämpötilassa (1100-1650 astetta), joka on helpompi käsitellä kuin volframi. Sitä voidaan käyttää elektroniputkien porttina ja anodina, sähköisten valonlähteiden tukimateriaalina sekä painevalu- ja ekstruusiomuottien, avaruusalusten osien jne. valmistukseen. Koska molybdeenilejeeringit ovat hauraita alhaisissa lämpötiloissa ja hauraita hitsauksessa, ja helposti hapettuvia korkeissa lämpötiloissa, niiden kehitys on rajallista. Teollisesti tuotettuja molybdeeniseoksia ovat molybdeeni-titaani-zirkonium, molybdeeni-volframi ja harvinaisten maametallien molybdeenilejeeringit, ja ensimmäistä tyyppiä käytetään laajemmin. Molybdeeniseosten pääasialliset vahvistusmenetelmät ovat liuosvahvistus, saostusvahvistus ja työkarkaisu. Molybdeeniseoslevyjä, -nauhoja, -kalvoja, -putkia, -tankoja, -lankoja ja -profiileja voidaan valmistaa muoviprosessoinnilla, ja niiden lujuutta ja plastisuutta alhaisissa lämpötiloissa voidaan myös parantaa.
Tulenkestävistä metalleista molybdeenillä ja sen seoksilla on hyvä lämmönjohtavuus, sähkönjohtavuus ja alhainen laajenemiskerroin (samanlainen kuin putkissa käytettävä lasi), korkea lujuus korkeissa lämpötiloissa (1100-1650 astetta), ja niitä on helppo käsitellä volframiin verrattuna, joten niitä käytetään elektroniputkien (portti ja anodi), sähköisten valonlähteiden (tukimateriaali), metallinkäsittelytyökalujen (painevalu- ja suulakepuristusmuotit ja rei'itetyt päät) ja ilmailu- ja avaruusteollisuudessa. Molybdeeni kestää sulan lasin eroosiota, eivätkä sen oksidit saastuta lasia. Vuodesta 1943 molybdeeniä on käytetty lasiteollisuudessa lämmityselektrodina. Mo-30W-seoksella on erinomainen sulan sinkin korroosionkestävyys, ja sitä on käytetty menestyksekkäästi sinkin sulatusteollisuudessa. Molybdeeniä käytetään myös komponenttien, kuten lämmönvaihtimien ja venttiilien valmistuksessa rikkihapon tuotannossa.