تزوج مينديليف وفوزفا نيكيتيشنا ليشيفا في 27 أبريل 1862 في كنيسة معهد نيكولاييف الهندسي في سانت بطرسبرغ. قاموا معًا بتربية طفلين، ابن اسمه فولوديا وابنة أولغا، أطلق عليها اسم أخته المحبوبة.
