五氯化钼是一种无机化合物，化学式为₂，是一个二聚体。这种暗色挥发性的固体可用于制备其它钼化合物的研究。它对湿气敏感，可溶于氯代溶剂。

每个钼具有local八面体对称，在两个钼之间由两个氯桥连接。在W、Nb、Ta的五氯化物中，也发现了相似的结构。在气相中或溶液中的一部分，二聚体部分解离，得到单体五氯化物。其单体具有顺磁性，每个钼中心具有一个未配对电子，形式氧化态为+5，在金属中心留下一个价电子。

MoCl₅可以通过金属钼和氯气反应得到，或由三氧化钼的氯化得到。而MoCl₆不稳定。

MoCl₅是一种强氧化剂，可以被乙腈还原，得到橙色配合物MoCl₄(MeCN)₂，它可以和THF反应，得到MoCl₄(THF)₂——其它含钼配合物的前体。MoCl₅可以被HBr还原，生成四溴化钼。在溴乙烷中（−50 °C）进行溴化反应，可以得到中间体MoBr₅，它在20 °C分解，生成MoBr₄和Br₂：

MoBr₄和THF反应，生成含Mo(III)的物种mer-MoBr₃(THF)₃。

MoCl₅对于难被氧化的配体来说是一种优良的路易斯酸。它能和Cl-形成−配离子。在有机合成中，该化合物偶尔会用于氯化反应、脱氧反应和氧化偶联反应。

MoCl₅是一种强氧化剂，并且可以迅速水解，放出HCl。