ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและการสังเคราะห์สารเคมี โดยเฉพาะในกระบวนการไฮโดรดีซัลฟูไรเซชันเพื่อกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมันดิบ ใช้ในการผลิตโลหะมอลิบดีนัมและเซรามิกส์เนื่องจากความเสถียรทางความร้อน ทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนในระบบน้ำหล่อเย็นและน้ำมันสำหรับงานโลหะ ใช้ในเคมีวิเคราะห์สำหรับการตรวจจับฟอสเฟตและซิลิกาในน้ำและตัวอย่างสิ่งแวดล้อม ใช้ในการเตรียมเม็ดสีฐานมอลิบเดตและสารยับยั้งการติดไฟสำหรับพลาสติกและสิ่งทอ นอกจากนี้ยังใช้ในงานวิจัยทางชีวภาพและชีวเคมีเป็นแหล่งมอลิบดีนัมในการศึกษาเอนไซม์และอาหารเลี้ยงเซลล์

นอกจากนี้ ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะในกระบวนการผลิตสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันและการรีดิวซ์ ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตมอลิบดีนัมเมทัลและสารประกอบมอลิบดีนัมอื่น ๆ ที่ใช้ในอุตสาหกรรมโลหะผสม ซึ่งช่วยเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อน ในห้องปฏิบัติการ ใช้เป็นรีเอเจนต์ในการวิเคราะห์ปริมาณฟอสเฟต โดยทำปฏิกิริยากับฟอสเฟตในสภาวะกรด เพื่อสร้างตะกอนสีเหลืองที่สามารถวัดความเข้มข้นได้ ยังมีการใช้ในอุตสาหกรรมเคลือบผิว ป้องกันการกัดกร่อนของโลหะ และใช้ในปุ๋ยสำหรับพืชที่ขาดธาตุมอลิบดีนัม ซึ่งจำเป็นต่อการตรึงไนโตรเจนในพืชตระกูลถั่ว