辉钼矿的主要成分。黑色固体粉末，有金属光泽。化学式MoS2，熔点2375℃，密度4.80g/cm3（14℃），莫氏硬度1.0～1.5。 [1]1370℃开始分解，1600℃分解为金属钼和硫。315℃在空气中加热时开始被氧化，温度升高，氧化反应加快。二硫化钼不溶于水、稀酸和浓硫酸，一般不溶于其他酸、碱、有机溶剂中，但溶于王水和煮沸的浓硫酸。
MoS2可以由天然法，即辉钼精矿提纯法制备，该法是将的钼精矿经过一定的物理和化学作用，除去辉钼精矿中的酸不溶物、SiO2、Fe、Cu、Ca、Pb 等杂质，再进一步细化，获得纳米 MoS2。美国 Climax 钼公司就是采用了这种方法生产MoS2。这种方法制成的纳米MoS2，能够保持天然的 MoS2晶形，润滑性能较好，适合制成润滑剂。但是，采用天然法生产的纳米MoS2纯度不高，提纯技术还有待于进一步改进。当温度低于 400 ℃时，在普通大气下工作时建议用成本较低的MoS2，在 1300 ℃以下都有润滑能力，建议用成本较低的MoS2。
二硫化钼是重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下。它还有抗磁性，可用作线性光电导体和显示P型或N型导电性能的半导体，具有整流和换能的作用。二硫化钼还可用作复杂烃类脱氢的催化剂。