钼与氧形成一系列化合物，如Mo03(斜方层状α相)、MoO2.89。(单斜的β相和三斜的ε相)、MoO2.875(单斜的β相)、MO4O11(MoO2.75，单斜的ε相)和Mo02(单斜的δ相)，其中最稳定且常见的是MoO3和MoO2。MoO3是酸酐，而MoO2是碱性氧化物。与钨和氧形成的氧化物有些类似，中间氧化物MoO2.89和M04O1l，与WO2.90和WO2.72有些相当，但MoO2.89，和Mo4O11的稳定性不如WO2.90和WO2.72,很难制得它们的纯样品。

 三氧化钼和二氧化钼的某些性质列于表18中。三氧化钼是钼冶金中最重要的中间体，大多数钼的化合物都是直接或间接地以它为原料制得的。它能与强酸，特别是浓硫酸反应，形成MoO22+和Mo2O44+复合阳离子，这些离子本身又能形成可溶性盐。碱的水溶液、碱的熔体和氨能够与三氧化钼迅速反应，形成钼酸盐。将钼或其化合物进行强烈氧化，得到的最终产物总是三氧化钼。在工业上500℃以上的温度用氢气还原三氧化钼，是制取金属钼粉的方法。粗三氧化钼可用在空气中焙烧辉钼矿(MoS2)的方法制得。由于三氧化钼在较低的温度下即具有显著的蒸气压，所以可用升华法对它进行净化。在升华作业的操作条件下，通常与之共生的杂质或不具有挥发性(如硅酸盐等)或不能冷凝而被除去。

在约1770℃和无空气存在的情况下，二氧化钼会歧化为挥发性的三氧化钼和金属钼：3MoO2→2MoO3十Mo。在有空气存在的情况下，二氧化钼在高温下会迅速氧化成三氧化钼。二氧化钼在碱金属氢氧化物水溶液、非氧化性酸和熔盐中稳定。硝酸能将二氧化钼氧化成三氧化钼。