พระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัวอภิเษกสมรสรวมสี่ครั้งกับพระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าโสมสวลี กรมหมื่นสุทธนารีนาถ (พระนามเดิม: หม่อมหลวงโสมสวลี กิติยากร),[141][142] สุจาริณี วิวัชรวงศ์ (นามเดิม: ยุวธิดา ผลประเสริฐ),[ต้องการอ้างอิง] ท่านผู้หญิงศรีรัศมิ์ สุวะดี,[143] และสมเด็จพระนางเจ้าสุทิดา พัชรสุธาพิมลลักษณ พระบรมราชินี[60][61]

พระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัวมีพระราชโอรส/ธิดา 8 พระองค์ ซึ่งในจำนวนนี้ได้ตกพระโลหิต (แท้ง) ไปหนึ่งพระองค์ ดังนี้

1. ประสูติแต่พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าโสมสวลี กรมหมื่นสุทธนารีนาถ (พระนามเดิม: หม่อมหลวงโสมสวลี กิติยากร; 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2500), ธิดาของหม่อมราชวงศ์อดุลกิติ์ กับท่านผู้หญิงพันธุ์สวลี กิติยากร[144]
   • พระเจ้าหลานเธอ พระองค์เจ้าชายไม่มีพระนาม (ตกพระโลหิตเมื่อพระชันษาในพระอุทรได้สี่เดือน),[145]
   • พลโทหญิง สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าพัชรกิติยาภา นเรนทิราเทพยวดี กรมหลวงราชสาริณีสิริพัชร มหาวัชรราชธิดา (7 ธันวาคม พ.ศ. 2521)
2. ประสูติแต่สุจาริณี วิวัชรวงศ์ (นามเดิม: ยุวธิดา ผลประเสริฐ; 26 พฤษภาคม พ.ศ. 2505), ธิดาของธนิต กับเยาวลักษณ์ ผลประเสริฐ
   • จุฑาวัชร วิวัชรวงศ์ (พระนามเดิม: หม่อมเจ้าจุฑาวัชร มหิดล; 29 สิงหาคม พ.ศ. 2522), สมรสกับริยา กอฟ
   • วัชรเรศร วิวัชรวงศ์ (พระนามเดิม: หม่อมเจ้าวัชรเรศร มหิดล; 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2524)
   • จักรีวัชร วิวัชรวงศ์ (พระนามเดิม: หม่อมเจ้าจักรีวัชร มหิดล; 26 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2526)
   • วัชรวีร์ วิวัชรวงศ์ (พระนามเดิม: หม่อมเจ้าวัชรวีร์ มหิดล;14 มิถุนายน พ.ศ. 2528)
   • พันเอกหญิง สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าสิริวัณณวรี นารีรัตนราชกัญญา (พระนามเดิม: หม่อมเจ้าบุษย์น้ำเพชร มหิดล; 8 มกราคม พ.ศ. 2530)
3. ประสูติแต่ท่านผู้หญิงศรีรัศมิ์ สุวะดี (9 ธันวาคม พ.ศ. 2514), ธิดาของอภิรุจ กับวันทนีย์ สุวะดี
   • สมเด็จพระเจ้าลูกยาเธอ เจ้าฟ้าทีปังกรรัศมีโชติ มหาวชิโรตตมางกูร สิริวิบูลยราชกุมาร (29 เมษายน พ.ศ. 2548)
4. สมเด็จพระนางเจ้าสุทิดา พัชรสุธาพิมลลักษณ พระบรมราชินี (3 มิถุนายน พ.ศ. 2521)
   • ไม่มีพระราชโอรส/ธิดา

ส่วนในเอกสารเฉลิมพระเกียรติของพระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัวจะให้ข้อมูลว่าพระองค์มีพระราชธิดาสองพระองค์ และพระราชโอรสหนึ่งพระองค์ คือ สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าพัชรกิติยาภา นเรนทิราเทพยวดี กรมหลวงราชสาริณีสิริพัชร มหาวัชรราชธิดา, สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าสิริวัณณวรี นารีรัตนราชกัญญา และสมเด็จพระเจ้าลูกยาเธอ เจ้าฟ้าทีปังกรรัศมีโชติ มหาวชิโรตตมางกูร สิริวิบูลยราชกุมาร เท่านั้น[146][147]