二硫化鉬（MoS2）的熱穩定性較好。熱穩定性是對潤滑油的一項重要要求。二硫化鉬在大氣中在400℃左右開始逐漸氧化，540℃后氧化速度加劇增加而變為摩擦系數較大的三氧化鉬(MoO3)，但在二硫化鉬沒有完全變味三氧化鉬期間，直到525℃仍不失潤滑性。二硫化鉬在真空中要溫度達到982~1093℃的時候才開始分解，而在氬氣中溫度要達到1350~1472℃才分解。二硫化鉬在低溫-60℃時仍具有良好的潤滑性能。而一般潤滑油的熱穩定性較差，高溫變稀，低溫又凝結，影響機械設備的正常運轉。另外航空用硅油耐高溫為250℃，冷凍機油耐低溫-45℃，它們的溫度適應范圍也遠不如二硫化鉬。