蔡元培子女甚多，但他對每個子女都鍾愛備至，悉心培養，但又主張因才施教，自由發展，故多成才，為國家和社會作出了貢獻。蔡元培的一位朋友曾說，現在做官的人，多讓子弟學法律；政治，將來能做官；而蔡元培先生卻讓子女學農、學工。
王昭夫人所生之子蔡無忌，留學法國學習農學與畜牧獸醫學。回國後在中央大學等處任教，認為中國的農業問題最重要。他不僅講農學，還從事與此相關的畜牧獸醫工作。蔡元培在香港得知無忌患十二指腸病，就在香港購買進口葯，託人帶給無忌。建國後，蔡無忌任對外貿易部商品檢驗總局副局長、顧問，是中國民主同盟盟員，曾任全國人大代表、全國政協委員，於1980年4日病逝，享年82歲。
黃仲玉所生長女威廉，自幼喜繪畫，有美術天才，曾兩次隨父母赴歐洲，受到西方藝術的熏陶。1923年先在比利時布魯塞爾美術學校學習，後進法國里昂美術學校學油畫。1927年冬回國，次年任國立西湖藝術院油畫系教授。威廉與留法學生林文錚結婚。1939年5月5日，威廉在昆明因產後患猩紅熱逝世。年僅35歲。周夫人得此噩耗，飲泣數夜，恐蔡先生過於傷心而瞞著。後來，蔡元培從昆明寄來的報紙上看到蔡威廉女士遺作展覽特刊，方知愛女已不在人世，精神上受到沉重打擊，寫了哀長女威廉之文，以寄託無盡的哀思。
黃仲玉所生之子柏齡先在比利時學習機械工程，後去法國研究磁學，取得法國國家博士學位。因與一位法國科學家、一位美國科學家共同首次發現反鐵磁性現象，獲法國國家科學院的銀質獎章。蔡元培在香港時，因長時間沒有收到柏齡的信，曾托中國駐法大使館探詢，並托好友李石曾先生訪尋。柏齡長期僑居法國，娶法籍女子為妻，但始終保持中國國籍。1950年以後，蔡柏齡擔任法國原子能委員會的回旋加速器的磁體設計工作。周恩來總理曾多次爭取他回國而未能成功。蔡柏齡退休後曾幾次回國，參加國慶觀禮和各種紀念活動，於1993年1月在法國巴黎病逝，享年87歲。
蔡元培與周峻夫人育有一女二男，都出生在上海，長女睟盎，二子為懷新，三子為英多。蔡元培對子女取名都含有深意。長女出生時，住家對門有一所法國天主教會辦的名為若安·達克的學校。若安·達克通譯貞德，是法國的民族女英雄，因起兵抗擊英國侵略者，遭火焚而英勇犧牲。蔡元培取《孟子》中「脺然見於面，盎於背」一句中的「脺盎」兩字，與「若安」諧音，希望長女向女英雄學習。懷新的名字取自陶淵明的詩句「良苗亦懷新」之義。英多的名字出自《世說新語》中「其人磊砢而英多」。
蔡元培是一位溫文爾雅的長輩，對年幼的子女如同親密朋友。1935年去南京開會，蔡元培在一封家書中寫道：「你們每人送我一張畫，我很寶貴。我祝你們活潑長進，與盎兒所畫之朝日及鮮花一樣；祝你們動靜均宜，與新兒所畫之飛機與建築一樣；祝你們康健英挺，與多兒所畫之馬一樣。」蔡元培深信美育能陶冶人的高尚情操，培養優良品德，對子女喜好必定鼓勵。蔡睟盎自小喜愛音樂，蔡元培夫婦就讓她到一位俄羅斯女教師家學習鋼琴；當時家裡沒有鋼琴，平時就到丁燮林先生家去練琴。到香港後，周峻夫人以50港元買了一架舊鋼琴。懷新有書畫專長，蔡元培就叫懷新臨魏碑習字。英多喜愛繪畫，尤愛畫馬，曾按陸遊一句「細雨騎驢人劍門」的詩意畫了一幅畫，蔡元培非常讚賞，還拿著他的畫給劉海粟先生看，問他：「你看我的小兒子是否有點才氣？」1937年，蔡元培到南京開會買回三本精美的紀念冊，並分別題詞寄予希望。給睟盎的題詞是：「智者不惑，仁者不憂，勇者不懼。」給懷新的題詞是：「富貴不能淫，貧賤不能移，威武不能屈。」給英多的題詞是：「好學近乎智，力行近乎仁，知恥近乎勇。」