二氧化钼是+4价钼的氧化物，化学式为MoO₂。它是紫色的金属导体。

它在自然界以罕见的秋格瑞诺夫矿（英语：tugarinovite）的形式存在。

二氧化钼可以由下述方法制备：

单晶可通过碘参与的化学转移反应制备。碘和MoO₂可逆地结合，产生挥发性的MoO₂I₂来使转移进行。

氧化钼是“工业氧化钼”的成分之一，它在MoS₂的冶炼中产生：

MoO₂可用作醇类的脱氢的催化剂，也可用作碳氢化合物或生物柴油的重整催化剂。通过还原在石墨上沉积的二氧化钼，可以制得钼纳米线。氧化钼也有潜力用作锂离子电池的阳极材料。