Η διαδικασία εξόρυξης μολυβδαινίου εξαρτάται από τους νόμους στις τοποθεσίες εντός της χώρας όπου έχουν ανακαλυφθεί φλέβες μεταλλεύματος. Εάν το μετάλλευμα βρεθεί βαθιά, σκάβονται υπόγεια ορυχεία. Εάν είναι στην επιφάνεια ή σε μικρό βάθος, χρησιμοποιούνται τεχνικές επιφανειακής εξόρυξης. Η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ είναι μια καλή πηγή πληροφοριών σχετικά με την εξόρυξη μολυβδαινίου. Όταν μια ανακάλυψη μεταλλεύματος γίνεται στις Ηνωμένες Πολιτείες κοντά στην επιφάνεια, η διαδικασία για την εξόρυξη μολυβδαινίου είναι η εξής: καθαρίστε τη θέση από βούρτσα και επιφανειακό έδαφος, αφαιρέστε το μετάλλευμα και επαναφέρετε την τοποθεσία στην προηγούμενη όψη.
Το μολυβδαίνιο, που αναφέρεται επίσης ως moly, είναι το στοιχείο 42 στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων, ένα διάγραμμα που παραθέτει τους διαφορετικούς τύπους ατόμων που υπάρχουν και τα χαρακτηριστικά που έχει το καθένα. Το μετάλλευμα μολυβδαινίου, ή μολυβδενίτης, είναι ολισθηρό στην αφή και αφήνει ένα μαύρο σημάδι όταν μετακινείται σε μια ελαφριά επιφάνεια. Αρχικά θεωρήθηκε λάθος από πολλούς ως μόλυβδο. Το 1781, ο Peter Jacob Hjelm απομόνωσε το μολυβδαίνιο ως καθαρό στοιχείο, που ανήκει στην ίδια χημική οικογένεια με το χρώμιο και το βολφράμιο, στοιχεία γνωστά για αντοχή και αντοχή στη θερμότητα.
Ο μολυβδενίτης έχει εντοπιστεί και εξορυχθεί στην Κίνα, τις Ρωσικές Ηνωμένες Πολιτείες, τη Χιλή, τον Καναδά, το Περού και στις Ηνωμένες Πολιτείες κοντά στο ηπειρωτικό χάσμα. Τα ορυχεία ενδέχεται να παράγουν διαφορετικά προϊόντα ή συνδυασμούς προϊόντων: μολυβδαίνιο μόνο σε πρωτογενείς πηγές, μεταλλεύματα χαλκού σε πηγές υποπροϊόντων και μολυβδαίνιο και χαλκό σε πηγές παραπροϊόντων. Οι ερευνητές εξόρυξης μολυβδαινίου πραγματοποιούν γεωτρήσεις σε προτεινόμενες τοποθεσίες εξερεύνησης και εξάγουν δείγματα πυρήνα κάθε μερικές χιλιάδες πόδια (1000 πόδια = περίπου 305 m). Αυτά τα κυλινδρικά δείγματα αφαιρούνται από εκατοντάδες πόδια (100 πόδια = περίπου 30.5 m) μέσα στο βράχο.
Το πρώτο βήμα στην εξόρυξη λωρίδων για το μολυβδαίνιο είναι η χρήση ενός εκσκαφέα συρμού. Χιλιάδες τόνους σε βάρος, ο εκσκαφέας μοιάζει με γιγάντιο κινούμενο γερανό με έναν κουβά προσαρτημένο στην άκρη του βραχίονα του. Με τη χρήση σχοινιών και τροχαλιών, ο κάδος σέρνεται κατά μήκος του εδάφους μαζεύοντας φυτά, επιφανειακό έδαφος και τελικά το βράχο. Μόλις ανακτηθεί όλο το μετάλλευμα, ο εκσκαφέας μετακινείται σε νέα θέση και επαναλαμβάνει τη διαδικασία.
Αφού αφαιρεθεί το μετάλλευμα από τον κάδο του εκσκαφέα, απορρίπτεται σε κοντινά, μεγάλης διαμέτρου, κουφωμένα πηγάδια. Το νερό υψηλής πίεσης αναγκάζεται πάνω από το μετάλλευμα για να σχηματίσει έναν πολτό βράχου που αναρροφάται από σωλήνες διαμέτρου 2 ποδιών (60.96 cm) και στέλνεται στο μύλο για επεξεργασία. Τα κομμάτια του βράχου που αφαιρέθηκαν από την τοποθεσία, στο δρόμο προς τον μύλο, μπορεί να έχουν διάμετρο έως και 9 ίντσες (22.86 cm).
Η επόμενη διαδικασία είναι ο εμπλουτισμός, κατά την οποία τα πετρώματα αλέθονται και στη συνέχεια διαχωρίζονται σε μεταλλεύματα και απόβλητα. Ο εμπλουτισμός αποτελείται από τρία μέρη: πλύση, διαχωρισμός κατά πυκνότητα για την απομάκρυνση των οξειδίων του μαγνησίου και επίπλευση. Τα υπολείμματα του μεταλλεύματος περνούν από επαναλαμβανόμενους κύκλους έκπλυσης, σύνθλιψης με σφαιρόμυλους και κολλαρίσματος μέσω κόσκινων, μέχρι να παραχθεί μια συμπυκνωμένη παρτίδα, η οποία αποτελείται κυρίως από μετάλλευμα μολυβδενίτη με τη μορφή δισουλφιδίου μολυβδαινίου. Ο μολυβδενίτης είναι το μόνο μετάλλευμα μολυβδαινίου που διαχωρίζεται εύκολα μέσω της διαδικασίας επίπλευσης, πιθανώς λόγω του πώς, ως λεπτό σωματίδιο, απωθεί ή απωθείται από τα μόρια του νερού.
Το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου μετατρέπεται σε οξείδιο του μολυβδαινίου θερμαίνοντάς το στον αέρα. Το θείο απομακρύνεται ως αέριο διοξείδιο του θείου. Αν και το οξείδιο του μολυβδαινίου είναι συνήθως το προϊόν εξαγωγής από την εξόρυξη μολυβδαινίου, μπορεί να μετατραπεί σε μολυβδαίνιο θερμαίνοντάς το παρουσία αερίου υδρογόνου. Το οξυγόνο, μέσα στο οξείδιο του μολυβδαινίου, συνδέεται με το υδρογόνο για να σχηματίσει ένα διάλυμα νερού και καθαρών ατόμων μολυβδαινίου.