Přírodní molybden (42Mo) se skládá ze sedmi stabilních izotopů: 92Mo (přirozený výskyt 14,53 %), 94Mo (9,15 %), 95Mo (15,84 %), 96Mo (16,67 %), 97Mo (9,60 %), 98Mo (24,39 %) a 100Mo (9,82 %). Bylo také popsáno 31 radioizotopů, s nukleonovými čísly 81 až 118, a osm jaderných izomerů tohoto prvku. Nejstabilnější radioizotopy jsou 93Mo (poločas přeměny 4×103 let), 99Mo (65,976 hodiny), 90Mo (5,56 h) a 91Mo (15,49 minut). Všechny ostatní mají poločasy kratší než 15 minut, většina pod 15 sekund. Radioizotopy s nukleonovým číslem 93 a nižším se většinou přeměňují beta plus přeměnou na izotopy niobu, zatímco u 99Mo a těžších radioizotopů převažuje přeměna beta minus na technecium.[1].