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硫化モリブデンの用途はいろいろがある。潤滑用途では硫化モリブデン(IV)は比較的高い耐熱性と高い耐荷重性を持つため高温・高荷重下で使用されるグリースやオイルなどに添加される事が多い。また似た特性を持つグラフェンと併用して使用される事も多い。油脂への添加以外では硫化モリブデン(IV)を何らかの方法で摩擦面に定着させ乾性皮膜（ドライフィルム）を形成することで素材に潤滑性・耐摩耗性を付加させるという使われ方もされる。

 

真空中や油脂類を使用できない環境での潤滑も可能なため皮膜などと言った形で宇宙分野でも利用されている。真空中においては大気中よりも摩擦係数が低く耐摩耗性に優れ、酸化しないためさらに高温までの使用も可能となる。その結果、真空中では大気中に比べ耐久性が高く寿命も長い。

 

自動車用エンジンオイルに添加され使用される事もあるが、固体であるがため分散性の問題や沈殿、オイルラインの詰まりなどの不具合を起こす可能性、オイルの色を変化させてしまうなどの理由から近年では製造時に添加される事は稀となっている。現在では可溶性で少ない添加量でほぼ同様の効果を発揮する有機モリブデンが主流である。ただし量販店やホームセンターなどで見かけるユーザーが投入するタイプの添加剤においては硫化モリブデン(IV)を使用した商品が今なお多く流通している。

 

また半導体として使用できる可能性が発表されている。