Осенью 1874 г., когда Мечников вернулся в Петербург, здесь в очередной раз его настиг недуг, вызванный многочасовой работой за микроскопом. Лишенный возможности заниматься любимым делом, он стал давать уроки в женской гимназии и читать лекции на публичных курсах в университете. Однажды Илья Ильич поднялся этажом выше к соседу Белокопытову, чтобы пожаловаться на шум в его квартире. У хозяина было восемь детей, Однако, увидев среднюю дочь – Ольгу Николаевну Белокопытову (1858–1944), он тут же влюбился в нее и решил немедленно жениться. Отцу, который был против столь поспешного решения Мечникова, он пообещал доучить несовершеннолетнюю жену самостоятельно. Свадьба состоялась 14 февраля 1875 года. В 1877 г. О.Н. Мечникова сдала экзамен на звание домашней учительницы, но никогда по этой профессии не работала.
Совместная жизнь Мечникова с Ольгой Николаевной была долгой и счастливой. Они прожили вместе более тридцати лет, до самой кончины Мечникова в 1916 г. Об их счастливом браке свидетельствует их обширная (буквально – каждодневная) переписка. Ольга Николаевна была самым близким другом и помощницей Мечникова в его научной работе, переводчицей многих его научных трудов. Она была и талантливой художницей, выставлявшей свои скульптурные и живописные произведения на персональных выставках в Париже.
После смерти мужа Ольга Николаевна написала и издала в Париже прекрасную книгу воспоминаний «La vie d'Elie Metchnikoff» (1920 г.), переведенную на многие европейские языки, в том числе, и на русский в 1926 г. [3].