Người ta đã biết 35 đồng vị của molypden với nguyên tử lượng trong khoảng từ 83 tới 117, cũng như bốn đồng phân hạt nhân. Bảy đồng vị có nguồn gốc tự nhiên, với nguyên tử lượng là 92, 94, 95, 96, 97, 98 và 100. Trong số này có 5 đồng vị ổn định (nguyên tử lượng từ 94 tới 98). Tất cả các đồng vị không ổn định của molypden phân rã thành các đồng vị của niobi, tecneti, rutheni.[15]

Mo92 và Mo100 là hai đồng vị tự nhiên không ổn định. Mo100 có chu kỳ bán rã khoảng 1×1019 năm và trải qua phân rã beta kép thành Ru100. Mo98 là đồng vị phổ biến nhất, chiếm 24,14% khối lượng tất cả các đồng vị molypden. Các đồng vị molypden với nguyên tử lượng từ 111 tới 117 đều có chu kỳ bán rã ở mức 15 μs.[15]