1930年的一个星期日，周培源到一同学家中做客，无意中发现一张女子照片，形象靓丽动人，使他眼睛为之一亮。他原以为是这位同学的妻子刘孝锦，当得知不是时，心中不由暗喜。同学夫妇看出他的心思，决定撮合这门亲事。照片的主人叫王蒂澂，是刘孝锦的同学，北平女子师范大学的学生。她是吉林省扶余县人，父亲开一家造纸作坊以维持生计。她天生丽质，机智伶俐，有很强的感悟力与凝聚力，是同学中的核心人物。
周、王两人相识两年后，于1932年6月18日在北平的欧美同学会举行了婚礼，清华大学校长梅贻琦亲自主持了婚礼。此后，这对夫妇双双出入清华园，成为校园中一道引人注目的风景。直到数十年之后，曹禺还对周培源的四女儿周如苹说道：“当年，你妈妈可真是个美人，你爸爸也真叫潇洒。那时，只要他们出门，我们这些青年学生就追着看。”
自然，生活中并非都是诗情画意。后来，周培源的大女儿如枚、二女儿如雁相继问世，辛勤与劳累也随之降临到他们夫妇头上。王蒂澂因身体虚弱而得了严重的肺病。肺病，当时尚无特效药物可治，一旦得病，遂成重负。周培源把夫人送至香山眼镜湖边的疗养院，整整疗养了一年。他自己则挑起了既为人父又为人母的双重责任，二女尚小，嗷嗷待哺，其中艰辛，可想而知。每到周末，他还要骑上自行车去看望病榻上的夫人。从清华到香山，往返五十余里，当时只有一条坎坷不平的土路，一路风尘，一路颠簸，其辛苦劳累，自不待言。
在女儿看来，父母虽然性格不同，却恩爱一生。母亲1989年瘫痪之前，两人每年都要踏青、游玩，还没出门，先生就把手臂抬起，相搀着形影不离。出差时大包小包多，女儿只好说：“对不起！麻烦你们两位分开一会儿，帮我照看一下东西。”
周培源50岁上右耳失聪，所以说话总大声嚷嚷，自己听不见也怕别人听不见。于是，周家上下每天都要听他公开“谈情说爱”。每天早上打拳、晨练之后，他一定到老伴房里问安：“你今天感觉怎么样？腰还疼不疼？别怕困难，多活动……我爱你，60多年我只爱过你一个人。你对我最好，我只爱你！”物理学家带着公式化的特点，天天重复同样的话。
89岁时，他的相对论引力论研究有重大进展，一兴奋，心梗住院。91岁时他又招收了博士研究生，想在研究领域有新的突破。
1993年11月24日，他如常晨练，又到老伴房里说话，感觉不好，就躺下，却再没起来。
晴天霹雳，周夫人以为谁在开玩笑，一时不能接受。然后埋怨老伴：“不讲信用！说好他先送我，可他连个招呼都不打，说走就走，连个再见都不说……”
随后，她很平静地面对一切：打电话通知国外的女儿回来。送他走，不要穿西装，中国人穿中山装。
当晚，夜深人静时，轮椅上的老人要女儿如苹帮她做件事：“替我写封信，带在他身上，贴在他心口。”那晚女儿写了一遍又一遍，不是这个字不对，就是那个字没写好，直到她满意为止——培源：你是我最亲爱的人，你永远活在我的心中！