สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวท้ายสระมีพระราชโอรสธิดารวมกัน 9 พระองค์ เป็นพระราชโอรส 6 พระองค์ เป็นพระราชธิดา 3 พระองค์ ดังนี้[5]

มีพระโอรสธิดา 6 พระองค์ คือ

• เจ้าฟ้าหญิงเทพ
• เจ้าฟ้าหญิงประทุม
• เจ้าฟ้านเรนทร กรมขุนสุเรนทรพิทักษ์
• เจ้าฟ้าอภัย
• เจ้าฟ้าชายปรเมศร์
• เจ้าฟ้าชายทับ

มีพระโอรสธิดา 3 พระองค์ คือ

• พระองค์เจ้าชายเสฏฐา
• พระองค์เจ้าชายปริก
• พระองค์เจ้าหญิงสมบุญคง