לרוב תרכובות המוליבדן יש מסיסות נמוכה במים, אך כאשר מינרלים נושאי מוליבדן יוצרים קשר עם חמצן ומים, יון המוליבדט הנוצר MoO2-4 מסיס למדי. מבחינה תעשייתית, תרכובות מוליבדן (כ-14% מהייצור העולמי של היסוד) משמשות ביישומים בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה כפיגמנטים וזרזים.

אנזימים נושאי מוליבדן הם ללא ספק הזרזים החיידקיים הנפוצים ביותר לשבירת הקשר הכימי בחנקן מולקולרי אטמוספרי בתהליך של קיבוע חנקן ביולוגי. לפחות 50 אנזימי מוליבדן ידועים כיום בחיידקים, בצמחים ובבעלי חיים, אם כי רק אנזימים חיידקיים וציאנובקטריאליים מעורבים בקיבוע חנקן. הניטרוגנאזות הללו מכילות מוליבדן בצורה שונה מאנזימי מוליבדן אחרים, המכילים כולם מוליבדן מחומצן במלואו בקופקטור מוליבדן. האנזימים השונים של מרכיבי המוליבדן הם חיוניים לאורגניזמים, והמוליבדן הוא מרכיב חיוני לחיים בכל האורגניזמים האיקריוטיים הגבוהים יותר, אם כי לא בכל החיידקים.

תכונות פיזיקליות

בצורתו הטהורה, מוליבדן הוא מתכת כסופה-אפורה עם קשיות Mohs של 5.5, ומשקל אטומי סטנדרטי של 95.95 גרם/מול. יש לו נקודת התכה של 2,623 מעלות צלזיוס (4,753 מעלות פרנהייט); מבין היסודות המתרחשים באופן טבעי, רק לטנטלום, אוסמיום, רניום, טונגסטן ופחמן יש נקודות התכה גבוהות יותר. יש לו אחד ממקדמי ההתפשטות התרמית הנמוכים ביותר מבין מתכות בשימוש מסחרי. חוזק המתיחה של חוטי מוליבדן גדל בערך פי 3, מכ-10 ל-30 GPa, כאשר הקוטר שלהם יורד מ-~50-100 ננומטר ל-10 ננומטר.

תכונות כימיות

מוליבדן היא מתכת מעבר עם אלקטרושליליות של 2.16 בסולם פאולינג. הוא אינו מגיב באופן גלוי עם חמצן או מים בטמפרטורת החדר. חמצון חלש של מוליבדן מתחיל ב-300 מעלות צלזיוס (572 מעלות פרנהייט); חמצון בתפזורת מתרחש בטמפרטורות מעל 600 מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך מוליבדן טריאוקסיד. כמו מתכות מעבר כבדות רבות יותר, מוליבדן מראה מעט נטייה ליצור קטיון בתמיסה מימית, אם כי הקטיון Mo3+ ידוע בתנאים מבוקרים בקפידה.