Dabiskais molibdēns ir septiņu stabilu izotopu maisījums: molibdēns-92 (14,53 %), molibdēns-94 (9,15 %), molibdēns-95 (15,80 %), molibdēns-96 (16,67 %), molibdēns-97 (9,60 %), molibdēns-98 (24,39 %), molibdēns-100 (9,82 %). Neviens no septiņiem dabā sastopamajiem molibdēna izotopiem nav radioaktīvs. Tomēr ir zināmi apmēram 30 mākslīgie radioaktīvie izotopi. Lielākā daļa šo radioizotopu pussabrukšanas periodu ir īsāki par minūti. Medicīnā parasti izmanto vienu molibdēna radioaktīvo izotopu, molibdēnu-99m (“m” šajā gadījumā ir “metastabils”, kas nozīmē, ka izotops neiztur ļoti ilgi). Tomēr šis izotops netiek tieši izmantots. To lieto slimnīcās, lai izgatavotu citu radioaktīvo izotopu jeb tehnēciju-99m. Šis tehnēcija izotops plaši tiek izmantots kā marķieris smadzeņu, aknu, liesas, sirds un citu orgānu un ķermeņa sistēmu diagnostikā.