Восстановление молибдена из его ангидрида имеет некоторые особенности: процесс проходит через образование промежуточных окислов, которые обладают разными константами реакций восстановления; к тому же на определенной стадии восстановления образуется эвтектика из окислов. Так как эвтектика плавится при температуре около 600° С или несколько ниже, восстановление следует проводить в три стадии. Сначала реакцию ведут при 490—500° С в течение 20—30 мин; при этом из молибденового ангидрида получается двуокись молибдена. Затем, не выключая тока водорода, температуру печи поднимают до 850° С, выдерживают 15—20 мин, после чего температуру поднимают до 1100° С и через 10—15 мин заканчивают реакцию.

После окончания второй стадии восстановления металл содержит от 0,7 до 3 % растворенного кислорода. Если полученный продукт окрашен в коричневый цвет, это значит, что в нем имеется некоторое количество двуокиси молибдена. При 1100° С получается довольно чистый молибден, который все же содержит около 0,05 % кислорода.

Порошкообразный молибден на воздухе постепенно окисляется; хранить его следует в запаянной ампуле или в плотно закрытой склянке.