היסוד המתכתי מוליבדן, בשל תכונותיו הייחודיות, נמצא בשימוש נרחב בתעשיות מרובות. השימושים הנפוצים ביותר כוללים:
תעשיית הפלדה: מוליבדן משמש בעיקר בתעשיית הפלדה, ומהווה כ-80% מהצריכה הכוללת. הוא משמש בעיקר בייצור של פלדה מסגסוגת, נירוסטה, פלדת כלי ופלדה במהירות גבוהה-, מה שמשפר משמעותית את חוזק הפלדה, קשיחותה, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בחום. לדוגמה, מוליבדן-המכיל נירוסטה משמש לעתים קרובות בציוד כימי ובמתקנים ימיים, שבהם עמידות בפני קורוזיה גבוהה במיוחד.
תעשייה כימית: מוליבדן הוא מכריע גם בתעשייה הכימית, המהווה כ-10% מסך הצריכה. תרכובות מוליבדן הן בין הזרזים הנפוצים ביותר, בשימוש נרחב בתעשיות הכימיות, הנפט, הפלסטיק והטקסטיל. בנוסף, תרכובות כגון אמוניום מוליבדאט יכולות לשמש כפיגמנטים וחומרים משמרים.
תעשיית החשמל והאלקטרוניקה: למוליבדן יש גם מוליכות חשמלית מצוינת והתנגדות-לטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותו לשימוש נרחב בתעשיית החשמל והאלקטרוניקה. לדוגמה, הוא נמצא בשימוש נרחב בייצור רכיבי מפתח כגון צינורות אלקטרונים ושערי טרנזיסטורים ואנודות. במעגלים מודפסים, מוליבדן יכול לשמש כשכבת מתכת, המסייעת בשיפור הביצועים והאמינות של הלוחות. יתר על כן, מוליבדן הוא חומר מפתח בייצור של תאים סולריים מסוג CIGS (נחושת אינדיום גליום סלניד) דק-תאי שמש.
למוליבדן יש גם יישומים חשובים בתעופה וחלל, בצבא, בחקלאות ובתחומים אחרים. עם ההתקדמות המהירה של הטכנולוגיה, תחומי היישום של מוליבדן מתרחבים עוד יותר.
