Получены новые данные о термодинамике и молекулярных механизмах взаимодействия диоксана с нанокластерными полиоксомолибдатами кеплератного и торообразного типа, их композициями, содержащими водорастворимые неионогенные полимеры – поливиниловый спирт и поливинилпирролидон, а также между компонентами таких композиций. Использованы гравиметрический вариант равновесной интервальной сорбции, с расчетами по термодинамическому циклу, инфракрасная спектроскопия. На основе построенных изотерм сорбции, концентрационных зависимостей энергии Гиббса проведен анализ влияния природы сорбатов и сорбентов на параметры процессов сорбции, в том числе в сравнении диоксана с другими низкомолекулярными соединениями, существенно отличающимися полярностью и способностью к образованию водородных связей: метанол, бензол, ацетон, этилацетат.