三氧化钼 (MoO3) 为八面体 MoO6 组成的 AMoO3 钙钛矿结构，也就是说金属 Mo 离子位于立方体的顶角位置，O 原子位于棱边的中点位置，而A原子所处的中心位置是空缺的。正是因为 MoO3 的这种晶体结构，在晶体结构中容易产生空位，存在离子的流通渠道，表现出有趣的锂离子或其他小分子、离子的层插性质，也就决定了 MoO3 具有良好的电致变色性质。
催化剂领域
研究表明，纳米三氧化钼是一种新型的高效催化剂，与工业三氧化钼比较，纳米三氧化钼的催化活性明显提高，对于某些化学反应，其催化作用要高几倍甚至十几倍。用纳米三氧化钼替代五氯化钼，具有价格便宜、无氯污染等优点。用纳米三氧化钼作氟化三氯甲苯为三氟甲苯的催化剂或氟化多氯甲苯为多氟甲苯的高效催化剂。同时它在醇氧化成醛和醛氧化成羧酸过程中能够起到良好的催化剂作用。
用纳米三氧化钼制取钼粉
用氢气还原纳米三氧化钼来制取钼粉。方法是将置于旋转管式炉中的纳米三氧化钼用氢气还原为钼粉。制备出的钼粉具有2.5mz/g的比表面积，粒度尺寸均一，粒度分布狭窄，与传统钼酸铵还原后制得的钼粉比较，具有很大的优势和无可比拟的性能。
钢铁等易腐蚀领域
与微米级三氧化钼相比，纳米三氧化钼在铸铁配件、钢部件以及电镀等行业具有优异的耐蚀性和耐氧化性。在处理各类钢铁部件时，大多采用Cr6+防止钢铁部件的大气腐蚀。但是美国、欧盟和日本等国为了保护环境，已经对Cr6+作了一定的限制。像欧盟在2003年2月公布了《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》(ROHS指令)，其中Cr6+为6种有害物质之一。因此寻找另外的替代材料成为当务之急，纳米三氧化钼在这方面恰好可以发挥出优势。
纳米三氧化钼在电池电极、显色设备、高密度储存、大面积光显示、光调制装置等方面具有广阔的应用前景与潜在的应用价值。随着世界各国的逐渐重视和研究经费的不断投入，对纳米三氧化钼的研究必将越来越深入，其所具有的奇特性能也将被应用在更多的领域。