مولیبدن دی‌سولفید پودری سیاه‌ رنگ و نامحلول در محیط‌های آبی معمولی و حلال‌های آلی است. این ماده یک روانکار عالی در دمای بالاست که در خلأ یا در اتمسفر خنثی تا ۱۲۰۰ درجه‌ سانتی‌گراد و در هوا تا ۳۵۰ درجه‌ سانتی‌گراد پایدار است. ساختار کریستالی مولیبدن دی‌سولفید به‌صورت هگزاگونال و به شکل ساندویچی از مولیبدن بین دواتم سولفور است. این صفحات سه‌بعدی دارای پیوند کووالانسی قوی بین مولیبدن و سولفورها و نیز دارای نیروی واندروالسی ضعیف به‌منظور نگهداری لایه‌های متوالی در کنار یکدیگر است. کاربردهای نانو ساختارهای MoS2 به شکل گسترده در روانکارها، خازن‌ها، حسگرها و … است.

یکی از بهترین و مرسوم‌ترین پوشش‌های روانکار جامد، ترکیباتی شامل مولیبدن دی‌سولفید هستند. لازم به ذکر است که پوشش‌های روانکار جامد یکی از پوشش‌های مرسوم است که در صنایع مختلف به‌منزله پوششی برای قالب‌های ریخته‌گری، ابزارهای برشی و … استفاده می‌شود. معمولاً پوشش‌هایی که از مواد لایه‌ای واندروالسی ساخته می‌شود در پوشش‌های روانکار جامد کارایی بیشتری دارند. این موضوع به پیوندهای ضعیف واندروالسی که بین لایه‌ها وجود دارد مربوط می‌شود که با اعمال نقش برشی کم، منجر به لغزیدن صفحه‌های این مواد به‌راحتی بر روی‌هم می‌شود و این علت اصلی روانکاری و مهم‌ترین علت کم بودن ضریب اصطکاک این پوشش‌ها است.

بر طبق پژوهش‌های انجام‌شده لایه نشانی مولیبدن دی‌سولفید بر روی سطح فولاد، باعث کاهش ضریب اصطکاک از ۰/۹ به ۰/۱ درباره‌ای اعمالی شده است. لازم به ذکر است اغلب مولیبدن دی‌سولفید به‌عنوان فاز تقویت‌کننده (فاز دوم) به مواد کامپوزیت باهدف کاهش ضریب اصطکاک اضافه می‌گردد. همچنین افزودن مولیبدن دی‌سولفید به انواع روغن‌ها و گریس‌ها مشاهده‌شده است.
این ماده حتی با حذف روغن، لغزانندگی خود را حفظ می‌کند بنابراین قابلیت کاربرد در موتورهای هواپیما را دارد. بعلاوه MoS2 در فرمولاسیون روغن‌موتور به‌عنوان روشن‌کننده به‌منظور کاهش سایش، اصطکاک و گرانروی و افزایش تحمل‌پذیری روغن تحت شرایط لغزندگی مرزی به کار می‌رود. از کاربردهای دیگر مولیبدن دی‌سولفید می‌توان استفاده از آن در صنعت اپتوالکترونیک نام برد. این ماده که در حالت بالک دارای گاف غیرمستقیم است، هنگامی‌که به‌صورت تک لایه‌ای باشد دارای گاف انرژی مستقیم است و این خاصیت باعث می‌شود که در کاربردهایی مانند ردیاب‌های نوری و ترانزیستورهای اثرمیدانی نسبت به گرافن کارایی بهتری داشته باشد. بعلاوه از آن‌جا که گاف انرژی مستقیم این ماده در محدوده نور مرئی است از آن در سلول‌های خورشیدی، آشکارسازهای نوری و ترانزیستورهای نوری استفاده می‌شود. علاوه بر این، MoS2 دارای مزایای هدایت سریع یونی ذاتی بالاتری (نسبت به اکسیدها)  نسبت به گرافیت است. و به همین منظور از آن می‌توان در تهیه الکترودهای ابر خازنی استفاده کرد. خازن‌های الکتروشیمیایی (ابر خازن‌ها) دستگاه‌های ذخیره انرژی باقدرت بالا هستند که برای ذخیره انرژی الکتریکی با استفاده از تشکیل دو لایه الکتریکی یا واکنش‌های اکسیداسیون سریع سطح مورداستفاده قرار می‌گیرند.