Το μολυβδαίνιο είναι ένα μεταλλικό στοιχείο και είναι μια ασημόλευκη, μαλακή ουσία. Οι κύριες χρήσεις του μολυβδαινίου είναι ως προσθήκη σε χάλυβες και σίδερα κατασκευών, ως καταλύτης, ως χρωστική ουσία και ως επιβραδυντικό φλόγας. Όταν το μολυβδαίνιο είναι κράμα με χάλυβα, καθιστά τον χάλυβα ισχυρότερο και πιο ανθεκτικό στη θερμότητα. Προέρχεται από το ορυκτό μολυβδενίτη, το οποίο εξορύσσεται στις νοτιοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες, την Κίνα, τη Χιλή, τη Ρωσία και τη Μογγολία.
Η πιο σημαντική από τις χρήσεις του μολυβδαινίου είναι ως πρόσθετο σε χάλυβα και κράματα σιδήρου. Η προσθήκη μολυβδαινίου βελτιώνει την αντοχή του χάλυβα και του σιδήρου, μειώνει τις ρωγμές και επιτρέπει στα μέταλλα να αντέχουν καλύτερα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Στις αρχές του 21ου αιώνα, περίπου το ήμισυ του συνόλου του εξορυσσόμενου μολυβδαινίου χρησιμοποιήθηκε για κράματα σιδήρου και χάλυβα σε κατασκευές, εργαλεία, ανταλλακτικά αυτοκινήτων και ατμοστρόβιλους.
Μια άλλη από τις χρήσεις του μολυβδαινίου είναι ως χημικός καταλύτης. Η ευέλικτη χημική δομή του μολυβδαινίου και η ευκολία με την οποία μεταβαίνει μεταξύ των καταστάσεων οξείδωσης το καθιστά ελκυστικό καταλύτη για τους επιστήμονες που δημιουργούν χημικές αντιδράσεις και συνθέσεις στα εργαστήρια. Μία από τις σημαντικές χρήσεις του μολυβδαινίου που σχετίζονται με την ενέργεια είναι ως καταλύτης στη διύλιση του καυσίμου.
Το μολυβικό, ένα παράγωγο του μολυβδαινίου, έχει σημαντική εφαρμογή στον τομέα της γεωργίας. Ως απαραίτητο ιχνοστοιχείο στα φυτά, τα ζώα και τον άνθρωπο, το μολυβδαίνιο παίζει σημαντικό ρόλο στη μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου σε αμμωνία. Το γεγονός αυτό καθιστά τη χρήση μολυβδαινίου στα λιπάσματα συνηθισμένο φαινόμενο.
Το μολυβδαίνιο προστίθεται επίσης σε χρωστικές για να κάνει αυτά τα χρώματα πιο σταθερά και λιγότερο επιρρεπή στη διάβρωση. Συνήθως αναμιγνύεται με έντονο κόκκινο, πορτοκαλί και κίτρινο χρωστικές σε μελάνια, χρώματα και πλαστικά, επειδή κάνει αυτά τα χρωματιστά προϊόντα να αντέχουν καλύτερα έναντι της έκθεσης στο φως και τη θερμότητα. Μία από τις λιγότερο κοινές χρήσεις του μολυβδαινίου είναι ένα επιβραδυντικό φωτιάς λόγω της μοναδικής ικανότητάς του να καταστέλλει τον καπνό. Έχει εφαρμοστεί ακόμη και ως ξηρό λιπαντικό στο εξωτερικό του διαστημικού σκάφους.