于水、稀酸和浓硫酸，一般不溶于其他酸、碱、有机溶剂中，但溶于热硫酸。400 °C缓慢发生氧化，生成三氧化钼。可以用钛铁试剂来检验生成的三氧化钼，首先将产物用氢氧化钠或氢氧化钾溶液处理（原理是将三氧化钼转化为钼酸盐），然后滴加钛铁试剂溶液，会和生成的钼酸钠或钼酸钾反应，产生金黄色溶液。这种方法很灵敏，微量的钼酸盐都能被检测出来。而如果没有三氧化钼生成，溶液就不会产生金黄色，因为二硫化钼不和氢氧化钠或氢氧化钾溶液反应。二硫化钼加热可以和氯气反应，生成五氯化钼：二硫化钼和烷基锂在控制下反应，形成嵌入化