二硫化钼作为一种重要的层状过渡金属硫化物，在工业领域展现出独特的应用价值。由于其层状结构和较低的剪切强度，它被广泛用作固体润滑材料，特别适合在高温（最高350℃）、高压或真空环境下替代传统润滑油。许多机械设备的关键部件，如轴承、齿轮和导轨，都会采用二硫化钼涂层来减少摩擦磨损。
在材料科学领域，二硫化钼的半导体特性引起了研究者的浓厚兴趣。单层MoS2具有直接带隙（约1.8eV），这使其成为制备柔性电子器件、光电器件的理想候选材料。近年来，科研人员正在探索其在晶体管、光电探测器和太阳能电池中的应用潜力，特别是在需要超薄、透明或可弯曲电子元件的场景中。
化工行业则利用二硫化钼的催化特性，它常被用作加氢脱硫反应的催化剂载体。在石油精炼过程中，二硫化钼能有效促进含硫化合物的转化，这对于生产低硫燃料至关重要。此外，其独特的电子结构还被用于析氢反应（HER）催化剂的研究，这可能为清洁能源技术的发展提供新的解决方案。
需要重点关注的是二硫化钼在复合材料中的增强作用，特别是当它与聚合物基体结合时。添加到工程塑料中的二硫化钼纳米片不仅能提高材料的机械强度，还可以赋予其自润滑特性。这种改性材料在汽车零部件、航空航天部件等要求兼具强度和耐磨性的场合具有明显优势。
随着纳米技术的发展，二硫化钼的新兴应用不断涌现。在储能领域，其层状结构有利于锂离子的嵌入和脱嵌，使得基于MoS2的电极材料有望提升电池性能。生物医学方向，研究人员正探索其作为药物载体或光热治疗剂的可行性，利用其良好的生物相容性和近红外光响应特性。
