Нерекристаллизованный молибден по многим свойствам похож на вольфрам. Это твердый, прочный и упругий металл. Хотя его твердость и прочность меньше, чем у вольфрама, он более пластичен и менее склонен к нагартованию и поэтому легче обрабатывается.

Температура первичной рекристаллизации (начало распада волокнистой структуры) молибдена марки МК составляет 1380—1480 °С, а вторичной (образование крупных кристаллов) — 1780—1880 °С. Для молибдена марки МЧ соответствующие температуры рекристаллизации примерно на 650 °С ниже. Отожженный молибден становится довольно пластичным и может обрабатываться даже в холодном состоянии. Отжиг молибдена при температуре выше температуры рекристаллизации делает его хрупким и непригодным к работе. Повышение температуры рекристаллизации и образование лучшей структуры достигается введением в молибден специальных присадок, а также использованием методов вакуумной металлургии для получения металла.

Скорость испарения молибдена почти в 2 раза выше, а теплопроводность, температура плавления и удельное электрическое сопротивление несколько ниже, чем у вольфрама.

Молибден — химически стойкий металл, но в меньшей степени, чем вольфрам. При комнатной температуре в су-хох воздухе молибден устойчив, но начинает окисляться при нагреве свыше 400 °С. Окисление молибдена происходит также и при комнатной температуре во влажной атмосфере.