Thor blev gift med Caroline Christine Friderica Maaløe 8 aug. 1805, Gamborg. Caroline (datter af Mads Pedersen Maaløe og Anna Cathrine Basse) blev født 21 feb. 1776, Gamborg; døde 19 jan. 1848, Middelfart. [Gruppeskema]

1. Sophus Peter Lauritz Frederik Melbye blev født 14 dec. 1806; døde 12 aug. 1853.
2. Christian Frederik Melbye blev født 11 jan. 1809.
3. Thora Sophie Dorothea Melbye blev født 25 nov. 1810; døde 16 mar. 1879.
4. Christine Charlotte Louise Wilhelmine Melbye blev født 20 dec. 1812.
5. Carl Julius Melbye blev født 14 jul. 1815; døde 9 jul. 1865.
6. Mads Melbye blev født 18 apr. 1817; døde 30 jan. 1879.
7. Birgitte Cathrine Melbye blev født 18 sep. 1821.