История второго брака Дмитрия Менделеева началась с увлечения 17-летней Анной Поповой. В 1877 году девушка, жившая у сестры ученого, сблизилась с профессором, который был старше ее на 26 лет и уже 14 лет состоял в браке.

Менделеев устраивал для Анны музыкальные и литературные вечера, знакомил ее с художниками, приглашал в поездки. По воспоминаниям Анны Менделеевой, он окружал ее вниманием, писал письма и однажды признался в мучительном одиночестве. Несмотря на попытку родственников прекратить встречи, ученый продолжал искать общения с девушкой.

Отец Анны, казачий полковник, потребовал от Менделеева отказаться от намерения видеться с его дочерью: препятствиями были разница в возрасте и отсутствие развода с первой женой. Осенью 1880 года Анна уехала за границу. Менделеев переживал разрыв настолько тяжело, что собирался отправиться в Алжир и подумывал о самоубийстве.

Вскоре друзья убедили его первую супругу дать согласие на развод. В апреле 1881 года Менделеев приехал к Анне в Рим, после чего они вместе вернулись в Россию и поженились. Венчание прошло в церкви Спиридония при Адмиралтействе; священнику за обряд заплатили 10 тысяч рублей.

В браке родились четверо детей, первой дочерью стала Любовь — будущая жена Александра Блока. В мемуарах Анна Менделеева описывала мужа как энергичного, великодушного и неизменно притягательного человека. Ее воспоминания легли в основу рассказа Якова Миркина о личной стороне жизни знаменитого химика.