Molibdēns ķīmisko elementu periodiskajā tabulā tiek apzīmēts ar simbolu Mo un atrodas 5. perioda 6. grupā. Molibdēna relatīvā atommasa ir 95,95, un tā atoms sastāv no 42 protoniem un 42 elektroniem (elektronu konfigurācija [Kr]4d⁵5s¹). Molibdēns ir ciets, spīdīgs, sudrabaini pelēks metāls.

Mīkstais un melnais minerāls molibdenīts (molibdēna sulfīds, MoS₂) izskatās ļoti līdzīgs grafītam, un līdz 1778. gadam tika pieņemts, ka tas nāk no svina rūdas. Zviedru un vācu ķīmiķis Karls Šēle (Carl Wilhelm Scheele) analizēja un pierādīja, ka tas nav ne svins, ne grafīts, lai gan tālāk viņš to nepētīja. Citi domāja, ka tajā ir jauns elements, taču materiālu bija grūti reducēt līdz tīram metālam. K. Šēle konsultējās ar zviedru ķīmiķi Pēteru Jākobu Hjelmu (Peter Jacob Hjelm). Viņš samala molibdēnskābi un oglekli kopā linsēklu eļļā, kad veidoja pastu, karsēja to un ražoja metālu molibdēnu. Par jauno elementu tas tika pasludināts 1781. gada rudenī. Molibdēna disulfīda (MoS₂) mīkstā konsistence sarūgtināja šī savienojuma agrīnos pētniekus. Ķīmiķi bieži sasmalcina materiālu, pirms mēģina to izšķīdināt skābēs vai citos šķidrumos. Molibdēna disulfīdu nevarēja samalt. Tikai 1781. gadā P. J. Hjelms atrada veidu, kā strādāt ar savienojumu. Viņš atklāja, ka tajā ir pilnīgi jauns elements. Jaunajam elementam viņš izvēlējās nosaukumu “molibdēns”, kas nāk no grieķu valodas vārda μόλυβδος, mólubdos ‘svins’. P. J. Hjelma darbs bija pazīstams viņa kolēģiem ķīmiķiem, pateicoties vēstulēm, kuras viņi bija rakstījuši cits citam. Taču ziņojums par zinātnieka atklājumu faktiski netika atrasts līdz 1890. gadam. No 1791. līdz 1891. gadam P. J. Hjelma pētījumu atkārtoja citi ķīmiķi. Viņi apstiprināja atklāto, un mūsdienās P. J. Hjelms tiek atzīts par molibdēna atklājēju. 

Molibdēns dabā nav sastopams tīrā formā, bet ir konstatēts vairākos minerālos un rūdās. Līdztekus molibdenītam tas parasti sastopams kā minerāls vulfenīts (PbMoO₄). Tā daudzums Zemes garozā ir aptuveni 1–1,5 daļas uz miljonu. Tas padara to tikpat izplatītu kā volframs un daudzi retzemju (lantanīdi) elementi. Apmēram divas trešdaļas no visa pasaulē esošā molibdēna nāk no Kanādas, Čīles, Ķīnas un Amerikas Savienotajām Valstīm (ASV). Molibdēna galvenā rūda ir molibdenīts (molibdēna disulfīds). Līdztekus molibdenītam tas parasti sastopams kā minerāls vulfenīts un magnija molibdāts (MgMoO₄). Lielākā daļa komerciālās produkcijas ir no rūdām, kas satur minerālu molibdenītu. To apstrādā, apgrauzdējot, veidojot molibdēna oksīdu un pēc tam reducējot līdz tīram metālam. Daļu molibdēna iegūst kā volframa un vara ražošanas blakusproduktu.

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.

Molibdēnam kā cietai vielai ir sudrabaini balts un metālisks izskats. Biežāk tas sastopams kā tumši pelēks vai melns pulveris ar metālisku spīdumu. Molibdēna viršanas temperatūra ir 4639 ºC, un tā kušanas temperatūra ir 2622 ºC. Molibdēna blīvums ir 10,2 g/cm³ (dati no “CRC Ķīmijas un fizikas rokasgrāmatas, 86. izdevuma” (CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th Edition) Deivida Lida (David R. Lide) redakcijā). Molibdēna atoma kovalentais rādiuss ir 146 pm, savukārt tā elektronegativitātes vērtība ir 2,16. 

Molibdēns pastāv savienojumos ar oksidēšanas pakāpēm no +2 līdz +6. Molibdēns ir diezgan izturīgs pret skābju iedarbību, izņemot koncentrētas slāpekļskābes un fluorūdeņražskābes maisījumus, un tas ātri reaģē ar sārmaini oksidējošiem kausējumiem (piemēram, kausēti kālija nitrāta un nātrija hidroksīda maisījumi vai nātrija peroksīds). Normālā temperatūrā tas ir inerts pret skābekli, bet temperatūrā virs 500 °C viegli reaģē ar to, veidojot molibdēna trioksīdu (MoO₃), un istabas temperatūrā reaģē ar fluoru, veidojot molibdēna heksafluorīdu (MoF₆).

Lielāko daļu molibdēna izmanto sakausējumu ražošanai. Molibdēnu izmanto tērauda un dzelzs sakausējumos. Savukārt gandrīz pusi no šiem sakausējumiem izmanto nerūsējošā un karstumizturīgā tērauda ražošanai. Parasti molibdēna sakausējumus izmanto lidmašīnu, kosmosa kuģu un raķešu daļās. Vēl viena svarīga molibdēna sakausējumu izmantošana ir specializētu instrumentu ražošana. Aizdedzes sveces, dzenskrūves vārpstas, šaujamieroču stobri, augstās temperatūrās izmantojamas elektriskās iekārtas un katlu plāksnes ir izgatavotas no molibdēna tērauda. Molibdēna un tērauda sakausējumi palielina izturību, cietību, elektrisko vadītspēju un izturību pret koroziju un nodilumu. Citus sakausējumus izmanto sildelementos, urbjos un zāģu asmeņos. Vēl viens nozīmīgs molibdēna pielietojums ir katalizatori. Molibdēna katalizatorus izmanto ķīmiskajā rūpniecībā, naftas rūpniecībā, kā arī polimēru un plastmasas ražošanā, tintes shēmplatēm, pigmentu un elektrodu ražošanā. Molibdēnam ir ļoti augsta kušanas temperatūra, tāpēc to ražo un pārdod kā pelēku pulveri. Daudzi molibdēna izstrādājumi tiek veidoti, saspiežot pulveri zem ļoti augsta spiediena. Molibdēna disulfīdu izmanto kā smērvielu piedevu.