Juntos, Mendeleev e Feozva Nikitichna Leshcheva casaram-se em 27 de abril de 1862 na igreja do Instituto de Engenharia Nikolaev, em São Petersburgo. Juntos, criaram dois filhos, um filho chamado Volodya e uma filha chamada Olga, a quem ele deu o nome de sua amada irmã.
