Mendeléyev y Feozva Nikítichna Leshcheva se casaron el 27 de abril de 1862 en la iglesia del Instituto de Ingeniería Nikoláyev en San Petersburgo. Juntos criaron a dos hijos, un niño llamado Volodya y una niña llamada Olga, a quien nombró en honor a su querida hermana.
