二硫化鉬由于其層狀結構和低摩擦系數，作為潤滑材料表現優異。當剪切應力施加到材料上時，層間滑動耗散能量。在不同的環境中已經進行了大量的工作來表征二硫化鉬的摩擦系數和剪切強度。二硫化鉬的剪切強度隨著摩擦系數的增加而增加。這種特性被稱為超級潤滑性。在環境條件下，二硫化鉬的摩擦系數確定為0.150，相應的估計剪切強度為56.0兆帕。直接測量剪切強度的方法表明，該值接近25.3兆帕。
通過用鉻來摻雜二硫化鉬可以增加二硫化鉬在潤滑應用中的耐磨性。摻鉻二硫化鉬納米柱的微壓痕實驗發現，屈服強度從純二硫化鉬（鉻含量0%）的平均821兆帕增加至（鉻含量50%）的1017兆帕。屈服強度的增加伴隨著材料失效模式的改變。雖然純二硫化鉬納米柱通過塑性彎曲機制失效，但伴隨著材料中摻雜劑量增加，脆性斷裂模式變得明顯。
在二硫化鉬中，已經仔細研究了廣泛使用的微機械剝離方法，了解從單層到多層薄片分層的機理。發現切割的確切機制是層依賴的。薄于5層的薄片經歷均勻彎曲和波紋，而大約10層厚的薄片通過層間滑動分層。超過20層的薄片在微機械解理過程中表現出扭結機制。由于范德華鍵的性質，這些薄片的分裂也被確定為可逆的。