Este sólido volátil verde oscuro se utiliza en la investigación para preparar otros compuestos de molibdeno.
[3] También se encuentra una estructura similar para los pentacloruros de W, Nb y Ta.
El hexacloruro MoCl6 inestable no se produce de esta forma.
[9] El MoCl5 es un buen ácido de Lewis hacia ligandos no oxidables.
En síntesis orgánica, el compuesto encuentra un uso ocasional en cloraciones, desoxigenación y reacciones de acoplamiento oxidativo.