W 1910 roku Niels poznał , z którą wziął ślub w 1912. Małżeństwo miało sześciu synów, z których jeden, fizyk jądrowy Aage Niels (1922–2009), także otrzymał nagrodę Nobla (1975). Najstarszy syn Bohrów, Christian (ur. 1916), utonął w 1934 w wypadku żeglarskim, a najmłodszy, Harald urodzony w 1928, zmarł w wieku 10 lat po przebyciu we wczesnym dzieciństwie ciężkiego zapalenia opon mózgowych s. 223..
Dokonania naukowe Uzyskał stopień doktora na Uniwersytecie w Kopenhadze w 1911 roku. W Manchesterze podjął pod nadzorem Ernesta Rutherforda pracę nad teorią budowy atomu, opierając się na teoriach Rutherforda. W 1913 roku opublikował pracę, w której opisał swój model budowy atomu wodoru, oparty na pewnych postulatach: moment pędu elektronu jest równy (h kreślone – stała Plancka h podzielona przez 2π). Tylko na orbicie zgodnej z tym postulatem elektron nie promieniuje. różnica energii elektronu na dwóch sąsiednich orbitach jest równa iloczynowi stałej Plancka oraz częstotliwości fali promieniowania. Postulat ten tłumaczy tzw. widmo atomowe. Dalsze orbity zawierają więcej elektronów niż bliższe, co tłumaczy chemiczne własności pierwiastków. Elektron może przemieszczać się pomiędzy poszczególnymi orbitami dzięki emisji lub pochłanianiu fotonów.