Pada 1910, Bohr bertemu dengan Margrethe Nørlund, kakak kepada Niels Erik Nørlund.[11] Mereka berkahwin dalam suatu upacara sivil di dewan bandar Slagelse pada 1 Ogos 1912.[12]

Bohr and Margrethe dikurniakan enam anak.[13] Anak sulung mereka Christian meninggal akibat suatu kemalangan bot pada 1934,[14] Harald yang kedua meninggal setelah menghidap meningitis.[13] Aage Bohr yang ketiga menjadi seorang ahli fizik yang berjaya, malah turut dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik sepertimana ayahnya pada tahun 1975.