Kiedy jednak zwrócił się z petycją do cara, powołując się na casus Mendelejewa, ten mu odpowiedział: To prawda, że Mendelejew ma dwie żony, ale przecież mam tylko jednego Mendelejewa!
Rozwód i towarzyszące mu kontrowersje przyczyniły się do tego, że mimo międzynarodowej sławy, nie został przyjęty w poczet członków Rosyjskiej Akademii Nauk. Jego córka z drugiego małżeństwa, Lubow, została później żoną słynnego rosyjskiego poety Aleksandra Błoka. Następnie na świat przyszedł Iwan i później para bliźniąt. Drugie małżeństwo Mendelejewa było nadzwyczaj udane i szczęśliwe. Anna wprowadziła męża w świat sztuki i, jak powiadano, trochę go ucywilizowała. Rozumiała też zmienne nastroje męża i jego nawyki. Sama szyła mu obszerną, luźną odzież, którą Mendelejew nosił za przykładem Lwa Tołstoja. Wiedziała, kiedy pozostawiać męża w spokoju, gdy szukając rozwiązania jakiegoś problemu, godzinami palił bez przerwy papierosy, które sam kręcił z ulubionego tytoniu.
Osiągnięcia i nagrody Część badań zlecał innym osobom. Prawdopodobnie na jego polecenie Julia Lermontowa, z którą prowadził korespondencję, na przełomie lat 60. i 70. XIX w.