В 1915 году семью Маршаков постигло несчастье: в Острогожске, опрокинув на себя самовар с кипящей водой, скончалась от ожогов их дочь Натанаэль (родилась в 1914 году в Англии).

Старший сын Иммануэль (1917—1977), советский физик, лауреат Сталинской премии третьей степени (1947) за разработку способа аэрофотосъёмки, а также переводчик (в частности, ему принадлежит русский перевод романа Джейн Остин «Гордость и предубеждение»).
- Внуки — Яков Иммануэльевич Маршак (род. 1946), врач-нарколог, Александр Иммануэлевич Маршак (род. 1951), детский писатель.
Младший сын Яков (1925—1946) умер от туберкулёза.
Сестра Лия (псевдоним Елена Ильина) (1901—1964), писательница.
Брат Илья (псевдоним М. Ильин; 1896—1953), писатель, один из основателей советской научно-популярной литературы .

У него были также сёстры Юдифь Яковлевна Маршак (в замужестве Файнберг, 1893—?), автор воспоминаний о брате, и Сусанна Яковлевна Маршак (в замужестве Шварц, 1889—17.08.1985), брат Моисей Яковлевич Маршак (1885—1944), экономист.

Самуїл Маршак