大学期间，曾毅认识了比他小一届的学药理的李泽琳。李泽琳后来也是我国著名的药理学家，她也是青蒿素药理、作用机理、毒理的主要研究者。两人因为志趣相投，1951年就开始了学校恋爱，不过这并未影响他们的学业。曾毅1953年高级师资培训班毕业后正好李泽琳也毕业，两人选择了一起到最艰苦的地方——海南岛。当时，李泽琳还在山东新华制药厂实習，曾毅到山东找李泽琳，告诉他学校分配他到海南去，去最艰苦的地方。曾毅对李泽琳说：“你们班上，我打听了，没有去海南岛的名额。咱们结婚算了，结婚了还可以照顾。”李泽琳就这样嫁给了曾毅，两人在山东领取了结婚证，并且在实习同学的见证下举办了一个简单的婚礼。学校给李泽琳再找了一个去海南的名额。于是，两人开始了相濡以沫几十年如一日的生活。工作是两人的重心，从1953年在一起到2016年9月李泽琳离世的63年间，两人风雨相伴，生活上相互照顾，工作中相互支持。在李泽琳70岁生日前夕，因为出差美国，曾毅从国内给大洋彼岸的李泽琳寄去一张贺卡，贺卡内容简单平淡，但却字字流露着真情：“琳，衷心地祝愿您七十大寿，健康长寿，从恋爱、结婚到现在将近五十年，这是人生一个很长的历程，我衷心感谢您给我的爱、支持和鼓励，没有您这些，我也难有成就，关于我们的家，您付出了主要心血，关于我的事业您也给予鼎力相助，现在您远在他乡，为了我们的共同事业，您仍在操劳，荣誉属于您。”