三氧化钼的开采主要依托于其天然矿物形式辉钼矿(MoS₂)的提取与转化过程。由于自然界中三氧化钼(MoO₃)直接赋存较少，工业生产通常通过露天或地下开采获得辉钼矿后，经过多道工序转化制备。露天开采适用于矿体埋藏较浅(通常小于200米)的情况，采用台阶式挖掘配合重型设备(如电铲WK-10型斗容10m³)进行；而深层矿脉则需竖井开拓配合房柱法开采，需特别注意井下通风系统需维持风速0.25-0.5m/s以保障作业安全。
原矿石经过破碎至粒度20-50mm后进入浮选环节，关键要调整pH值至8-9并使用柴油与黄药类捕收剂，此时辉钼矿回收率可达到85%-92%。得到的钼精矿(含Mo≥45%)需在回转窑中进行多段焙烧：先于550-650℃脱硫，再升温至900℃使MoS₂转化为MoO₃，这个阶段要严格控制氧气浓度(过量空气系数1.2-1.5)以避免生成难挥发的钼酸盐。对于高海拔矿区(如智利安第斯山脉)，还需特别考虑沸点降低对升华法提纯的影响。
现代开采技术越来越注重环保处理，特别是在焙烧环节配备静电除尘器(效率≥99.5%)和双碱法脱硫系统，可有效控制SO₂排放低于200mg/m³。部分先进工厂已开始采用湿法冶金工艺，使用高压氧浸(温度120-150℃、压力0.8-1.2MPa)直接处理低品位矿石，这种方法虽然投资较高但能避免大气污染，未来可能成为主流发展方向。
