Procédé de récupération de molybdène à partir de matériau en sulfure porteur de molybdène. On met en contact ledit matériau avec une solution de lixiviation en présence de composés de fer et de micro-organismes mésophiles et thermophiles oxydant le fer. On réalise ensuite une lixiviation en contrôlant le rapport molaire fer ferrique dissous/molybdène dissous. De préférence, on fait intervenir une quantité élevée et un excès molaire de fer dissous. La présence de concentrations élevées de fer ferrique dans des solutions de biolixiviation permet aux micro-organismes en question de se développer et d'oxyder le fer et d'assurer la biolixiviation de molybdénite pour des concentrations de Mo dissous allant jusqu'à 4,4 g/L. Aux fins de l'invention, il n'a pas été nécessaire d'utiliser des métabolites organiques pour protéger les cellules contre la toxicité de Mo. Les taux de dissolution maximums dépendent de la configuration du réacteur, avec un matériau aggloméré stimulant la lixiviation en tas d'environ 1 % Mo/jour, mais jusqu'à 10,2% Mo/jour dans des configurations de réacteur en suspension/brassées, sachant que le taux dépend largement de la température dans une gamme comprise entre 25° et 40° C. Le taux ultime de récupération de molybdène à partir du matériau en sulfure porteur de molybdène est de de 89%. Enfin, le molybdène est récupéré à partir d'un résidu de lixiviation issu de la lixiviation.