Mendeleyev ve Feozva Nikitichna Leshcheva, 27 Nisan 1862'de St. Petersburg'daki Nikolaev Mühendislik Enstitüsü'nün kilisesinde evlendiler. Birlikte, Volodya adında bir oğul ve çok sevdiği kız kardeşinin adını verdiği Olga adında bir kız çocuğu olmak üzere iki çocuk yetiştirdiler.
