MoS2 具有層狀結構, 其晶體為六方晶系。該晶體結構決定了MoS2 易于滑動,可起到減摩作用。另一方面,Mo原子與S原子間的離子鍵, 賦予MoS2潤滑膜較高的強度,可防止潤滑膜在金屬表面突出部位被穿透。而S原子暴露在MoS2 晶體表面,對金屬表面產生很強的粘附作用。MoS2 的化學性質穩定,可耐大多數酸和耐輻射。雖然MoS2 在空氣中超過400 ℃時會產生氧化現象, 這可影響其潤滑性及其對金屬表面的粘附作用, 然而只有當整個潤滑層全部被氧化后,Mo覆蓋層才失去潤滑作用。目前MoS2 的耐溫性能已遠遠突破潤滑油脂的耐溫限。油脂的有效耐溫范圍為-60~350℃,而MoS2在1133×10-3~1133×10-2Pa真空條件下能在1 000 ℃使用并仍具有滿意的摩擦學性能。在有水時二硫化鉬的潤滑性能有所下降,但可彌補另一種固體潤滑劑石墨引起的電化學腐蝕。