Старшая дочь Дмитрия Ивановича и Анны Ивановны Любовь Дмитриевна вышла замуж за Александра Блока в 1903 году. Венчание произошло в шахматовской церкви. Перед обрядом пара удалилась помолиться. Молитва длилась так долго, что присутствующие начали беспокоиться, хотели послать за новобрачными, но Менделеев не позволил. Сам он, будто предчувствуя все несчастья будущего брака, почти весь день был очень расстроен и много плакал. Любови Дмитриевне суждено было стать одной из известных личностей Серебряного века — как жене великого поэта и героине его «Стихов о Прекрасной Даме». Для себя она избрала служение театральному искусству — еще до свадьбы поступила на драматические курсы М. М. Читау. Впоследствии Любовь Дмитриевна закончила Высшие женские курсы, в 1907–1908 годах играла в труппах В. Э. Мейерхольда и В. Ф. Комиссаржевской. Во время Первой мировой войны пошла работать в госпиталь сестрой милосердия. Что касается ее отношений с супругом, то они, как известно, были сумбурными и мучительными. Единственный ребенок, рожденный ею, умер в младенчестве. Лишь в последние, самые тяжелые годы жизни Блока она стала его верной спутницей. Любовь Дмитриевна была первой публичной исполнительницей поэмы «Двенадцать». После смерти Блока дочь Менделеева увлеклась историей и теорией балетного искусства, начала изучать педагогические методы Агриппины Вагановой, учила актерскому мастерству будущих знаменитых советских балерин Галину Кириллову и Наталью Дудинскую. Скончалась Любовь Дмитриевна в 1938 году.

Ее младшего брата Ивана Дмитриевича (кстати, на свадьбе сестры он был одним из шаферов Блока) отец не захотел отпускать в Париж под крыло И. И. Мечникова. В 1901 году, окончив с золотой медалью гимназию, он стал студентом созданного при активном участии отца Петербургского политехнического института, потом все-таки перевелся на физико-математический факультет университета. Он стал хорошим помощником Дмитрию Ивановичу в выполнении сложных расчетов для его экономических работ. После смерти Менделеева Иван Дмитриевич опубликовал его последнюю книгу и на несколько лет уехал во Францию. Будучи наделен наследственной тягой к философии, в 1909–1910 годах он издал в этой области две работы: «Мысли о познании» и «Оправдание истины». Вернувшись на родину, поселился в Боблове, где организовал школу для крестьянских детей и сам преподавал в ней. Имеются также данные, что Иван Дмитриевич был создателем коммуны, а затем товарищества по совместной обработке земли на базе отцовского имения. После пожаров, уничтоживших все следы менделеевских жилых и хозяйственных построек, он навсегда покинул родную усадьбу. С 1924 года и до конца жизни Иван Дмитриевич работал в Главной палате мер и весов, где занимался исследованием материалов при низких температурах, теорией весов и конструированием термостатов. Едва ли не первым в СССР приступил к изучению свойств «тяжелой воды». Он написал воспоминания об отце, которые, несмотря на их вполне лояльное советской власти содержание, были полностью опубликованы лишь в 1993 году. Умер Иван Дмитриевич в 1936 году, не оставив детей.

На свадьбе старшей сестры семнадцатилетняя Муся, набравшись духу, по-взрослому провозгласила тост: «За всех гостей!» — и тут же получила «алаверды» от семейного доктора Менделеевых И. И. Орлова: «За вашу храбрость!» Мария Дмитриевна, в замужестве Менделеева-Кузьмина, закончила гимназию Эмилии Шаффе, а затем Высшие женские сельскохозяйственные курсы (Стебутовские) и вскоре получила известность в качестве одного из лучших специалистов в разведении легавых собак (в этом отношении ее профессиональные интересы совпадали с интересами единокровной сестры, Ольги Дмитриевны — если, конечно, скудные источники ничего на этот счет не напутали). С 1904 года она начала самостоятельно охотиться, причем впоследствии довела умение стрелять до совершенства. Она написала ряд серьезных работ по кинологии и охоте. После Великой Отечественной войны Мария Дмитриевна заведовала Музеем-архивом Д. И. Менделеева при Ленинградском университете, работала вместе с сотрудницей архива Т. С. Кудрявцевой над систематизацией отцовского наследия и за год до своей смерти успела издать первый сборник «Архива Д. И. Менделеева». Умерла она в 1951 году, оставив после себя дочь Екатерину, и была похоронена рядом с отцом.

Совсем мало сведений сохранилось о ее брате-близнеце Василии Дмитриевиче Менделееве. В «Летописи жизни и деятельности Д. И. Менделеева» сообщается, что он учился в Морском техническом училище в Кронштадте, работал в Главной палате мер и весов, проявлял недюжинные способности в конструировании летательных аппаратов и военной техники. В «Биографических заметках…» Дмитрий Иванович сообщает, что в училище Василий недоучился из-за неладов с теоретическими дисциплинами. Отец взял его к себе в Палату на должность запасного поверителя. В 1909 году Василий опубликовал работу «О наивыгоднейших размерах и предельной величине летательных машин тяжелее воздуха». В 1918 году оказался в Екатеринодаре, где работал конструктором на заводе «Куба-ноль». В 1920 году (в возрасте тридцати четырех лет) поступил на механическое отделение Кубанского политехнического института. В 1922 году он умер от тифа. Детей после себя не оставил. В истории военного дела Василий Дмитриевич остался как автор конструкции первого в мире сверхтяжелого танка. Судьба Розамунды, дочери Агнессы Фойхтман, неизвестна.

Если не задаваться вопросом о будущем японской жены Владимира Дмитриевича Менделеева Таки Хидесима и их дочери Офудзи, судьба которых покрыта тайной, и детей, возможно, родившихся у Розамунды, у Менделеева были две внучки, дожившие до взрослого возраста: Наташа — дочь Ольги, и Катя — дочь Марии. О взрослых годах Натальи Дмитриевны Трироговой, которую дед успел подержать на руках и побаловать, неизвестно почти ничего, кроме того, что замуж она не выходила, детей не имела и умерла через год после матери, в 1951-м. Мать и дочь похоронены на Новодевичьем кладбище рядом с тремя могилами Кублицких — родственников Александра Блока.

О Екатерине Дмитриевне Менделеевой-Каменской, родившейся в 1925 году и дожившей до девяностых годов XX века, и ее сыне Александре Евгеньевиче Каменском благодаря публикации их друга, доктора химических наук Д. И. Мустафина (1 сентября. 2007. № 06), известно значительно больше.

Сначала Екатерина Дмитриевна училась в Ленинградской академии художеств, потом поступила в театральную студию Большого драматического театра имени А. М. Горького, где училась на одном курсе вместе с известными впоследствии ленинградскими актерами Н. Ольхиной и В. Стржельчиком. Затем окончила исторический факультет Ленинградского университета. Судя по описанию автора статьи, Е. Д. Каменская имела чрезвычайно выразительную внешность: «Высокая, статная, яркая, она всегда была в центре внимания, окруженная поклонниками и подружками. В юности она обладала большой физической силой и могла на спор поднять руками автомобиль. Студенты Академии художеств заключали пари и пропускали лекции, чтобы посмотреть, как внучка Менделеева Катя будет поднимать огромную машину… Меня сразу же потрясло удивительное сходство Екатерины Дмитриевны с ее великим дедом. Одета она была довольно просто и даже, наверное, бедно, но вся ее монументальная фигура, открытое улыбающееся лицо с большим чувственным ртом, неторопливая правильная речь говорили о благородном происхождении и о врожденном интеллекте, который нельзя приобрести, даже читая самые умные книги. Она была открытой, веселой и шумной, с ярко-рыжими волосами. Любила рассказывать о себе, о своей маме и о деде, которого никогда не видела».

Несмотря на способности и разностороннее образование, Екатерина Дмитриевна не смогла добиться успеха в жизни. Научные степени и высокооплачиваемые должности обошли ее стороной. Внучка Д. И. Менделеева всю жизнь проработала рядовым научно-техническим сотрудником в знаменитой Кунсткамере, Музее антропологии и этнографии, изучала историю и культуру народов Полинезии. «Она могла, — пишет Д. И. Мустафин, — часами рассказывать о генезисе культуры, об особенностях мифологического сознания, которое, как она утверждала, представляет собой не низшее сознание, предсознание, а иную форму сознания, по-своему не менее высокую, чем научное… Когда она увлекалась… ее речь становилась особенно красивой, манеры — изысканными, а выражение лица — покровительственным и царственным…»