W roztworach najtrwalsze są związki molibdenu(VI), któe wykazują wiele cech wspólnych z wolframem(VI) i chromem(VI). W środowisku alkalicznym istnieją trwałe bezbarwne jony molibdenianowe MoO42–. W środowisku obojętnym lub kwasowym następuje kondensacja jonów prostych i powstają polimolibdeniany Mo2O72–, Mo3O102– i dalsze. Reakcja kondensacji jest odwracalna.
Charakterystyczne dla molibdenu(VI) jest tworzenie z takimi pierwiastkami jak fosfor(V), krzem, arsen(V) i german kompleksowych heteropolikwasów typu H3[X(Mo3O10)4], które są wykorzystywane do wykrywania i oznaczania wymienionych pierwiastków.
Jony molibdenianowe z większością kationów tworzą trudno rozpuszczalne sole. W wodzie rozpuszczają się tylko molibdeniany potasowców i amonu. Molibden może występować na VI oraz na III, IV i V stopniu utlenienia. Te nietrwałe stopnie utlenienia wystepują w niektórych kompleksach, np. w Mo(CN)84–