蔡元培子女甚多，但他对每个子女都钟爱备至，悉心培养，但又主张因才施教，自由发展，故多成才，为国家和社会作出了贡献。蔡元培的一位朋友曾说，现在做官的人，多让子弟学法律；政治，将来能做官；而蔡元培先生却让子女学农、学工。
王昭夫人所生之子蔡无忌，留学法国学习农学与畜牧兽医学。回国后在中央大学等处任教，认为中国的农业问题最重要。他不仅讲农学，还从事与此相关的畜牧兽医工作。蔡元培在香港得知无忌患十二指肠病，就在香港购买进口药，托人带给无忌。建国后，蔡无忌任对外贸易部商品检验总局副局长、顾问，是中国民主同盟盟员，曾任全国人大代表、全国政协委员，于1980年4日病逝，享年82岁。
黄仲玉所生长女威廉，自幼喜绘画，有美术天才，曾两次随父母赴欧洲，受到西方艺术的熏陶。1923年先在比利时布鲁塞尔美术学校学习，后进法国里昂美术学校学油画。1927年冬回国，次年任国立西湖艺术院油画系教授。威廉与留法学生林文铮结婚。1939年5月5日，威廉在昆明因产后患猩红热逝世。年仅35岁。周夫人得此噩耗，饮泣数夜，恐蔡先生过于伤心而瞒着。后来，蔡元培从昆明寄来的报纸上看到蔡威廉女士遗作展览特刊，方知爱女已不在人世，精神上受到沉重打击，写了哀长女威廉之文，以寄托无尽的哀思。
黄仲玉所生之子柏龄先在比利时学习机械工程，后去法国研究磁学，取得法国国家博士学位。因与一位法国科学家、一位美国科学家共同首次发现反铁磁性现象，获法国国家科学院的银质奖章。蔡元培在香港时，因长时间没有收到柏龄的信，曾托中国驻法大使馆探询，并托好友李石曾先生访寻。柏龄长期侨居法国，娶法籍女子为妻，但始终保持中国国籍。1950年以后，蔡柏龄担任法国原子能委员会的回旋加速器的磁体设计工作。周恩来总理曾多次争取他回国而未能成功。蔡柏龄退休后曾几次回国，参加国庆观礼和各种纪念活动，于1993年1月在法国巴黎病逝，享年87岁。
蔡元培与周峻夫人育有一女二男，都出生在上海，长女睟盎，二子为怀新，三子为英多。蔡元培对子女取名都含有深意。长女出生时，住家对门有一所法国天主教会办的名为若安·达克的学校。若安·达克通译贞德，是法国的民族女英雄，因起兵抗击英国侵略者，遭火焚而英勇牺牲。蔡元培取《孟子》中“脺然见于面，盎于背”一句中的“脺盎”两字，与“若安”谐音，希望长女向女英雄学习。怀新的名字取自陶渊明的诗句“良苗亦怀新”之义。英多的名字出自《世说新语》中“其人磊砢而英多”。
蔡元培是一位温文尔雅的长辈，对年幼的子女如同亲密朋友。1935年去南京开会，蔡元培在一封家书中写道：“你们每人送我一张画，我很宝贵。我祝你们活泼长进，与盎儿所画之朝日及鲜花一样；祝你们动静均宜，与新儿所画之飞机与建筑一样；祝你们康健英挺，与多儿所画之马一样。”蔡元培深信美育能陶冶人的高尚情操，培养优良品德，对子女喜好必定鼓励。蔡睟盎自小喜爱音乐，蔡元培夫妇就让她到一位俄罗斯女教师家学习钢琴；当时家里没有钢琴，平时就到丁燮林先生家去练琴。到香港后，周峻夫人以50港元买了一架旧钢琴。怀新有书画专长，蔡元培就叫怀新临魏碑习字。英多喜爱绘画，尤爱画马，曾按陆游一句“细雨骑驴人剑门”的诗意画了一幅画，蔡元培非常赞赏，还拿着他的画给刘海粟先生看，问他：“你看我的小儿子是否有点才气？”1937年，蔡元培到南京开会买回三本精美的纪念册，并分别题词寄予希望。给睟盎的题词是：“智者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”给怀新的题词是：“富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈。”给英多的题词是：“好学近乎智，力行近乎仁，知耻近乎勇。”