אמו של שלדון, מרי, היא נוצרייה אדוקה, שאמונותיה לעיתים קרובות נמצאות במחלוקת עם שלדון. למרות זאת, החינוך שלה השפיע עליו במידה כה רבה שהוא נוהג לצעוק "תודה לך, אלוהים!" לאחר הצלחה במשחק באולינג, אך מיד לאחר מכן הוא נוהג למהר להוסיף "כמו שאמא שלי הייתה אומרת". מרי מאופיינת כאם מסורה, והיא תמיד זמינה וקשובה לשלדון כאשר הוא זקוק לה. שלדון מבטא את אהבתו לאמו יותר מפעם אחת (אם כי הוא טוען שיש לו רגשות חזקים יותר למקום שלו בספה), והיא האדם היחיד שלו הוא נכנע. לאונרד קורא לה "הקריפטונייט של שלדון". במהלך הסדרה, בעקבות ריב חמור בין שלדון לפני, לאונרד נותן את מספר הטלפון של מרי לפני. אחרי שמרי נוזפת בשלדון, הוא מיד פונה לפני ומתנצל. שלדון נשאר קשור מאוד לאמו, אם כי הוא איננו נוהג להציג זאת בפניה.
מדי פעם אירועים ומריבות מזכירים לשלדון את הילדות הלא נעימה שלו, חוסר התאמה אינטלקטואלית לסביבתו ומריבות בין הוריו. בזמנים כאלו הוא נוטה להגיב ברגשנות וסגירות.
לשלדון ישנה אחות תאומה בשם מיסי, שהיא ברונטית יפה וגבוהה. לאונרד, הווארד וראג' מנסים לאורך הסדרה לזכות בחיבתה על מנת לצאת לדייט עימה. לאחר ששלדון מבין שבביציות של מיסי טמון פוטנציאל ל"מוטציה מעולה" כמוהו, הוא מצהיר שחבריו אינם רשאים לצאת עם אחותו, דבר שמיסי מתרגזת עליו. לשלדון יש גם אח מבוגר בשם ג'ורג' ג'וניור, המכונה ג'ורג'י. גם מיסי וגם ג'ורג'י מנצחים את שלדון במהלך הילדות שלהם. אמא שלהם מתארת אותם כ"טיפשים כמו מרק". למרות זאת, נראה שמיסי מעריצה את אחיה התאום, וציינה בעבר שהיא נוהגת להתייחס אליו באופן קבוע בתור "מדען טילים", ובכך למעשה מבלי משים פוגעת ברגשותיו של שלדון, הרואה במדען טילים נחות ממנו. בעונה השביעית נודע כי היא נשואה ואם לבן.
שלדון אוהב מאוד את סבתו, קוני, שאותה הוא מכנה "מימו", שבתורה קוראת לו "מון פאי".
חברים.
בתחילת הסדרה, החברים הטובים ביותר של שלדון הם לאונרד הופסטטר, הווארד וולוויץ וראג'ש קוטרפאלי. פני, השכנה ממול, הופכת במהרה גם היא לחברה קרובה. שלדון ולאונרד הם החברים הטובים ביותר אחד של השני, והם שוכרים ביחד דירה, וסובלים זה את זה מאז ששלדון הוציא מודעה "דרוש שותף" שכללה רשימת קריטריונים. למרות הערותיו העוקצניות הרבות של שלדון, הוא מעריך את לאונרד ולאונרד מבטיח לו שהוא לא ימות לבד. פארדי מציין כי "העובדה כי, למרות הכל, לאונרד רואה בשלדון את חברו הטוב ביותר מזכירה לנו את האנושיות הבסיסית של שלדון".
שלדון אוהב את חברו ראג' בשל הגיוון האתני שהוא מביא והאינטרסים המשותפים של קופים ורכבות. בהמשך הסדרה שלדון מסייע לראג' כאשר הוא נותן לו עבודה כעוזרו תחת פיקוחו הצמוד. שלדון ניסה בעבר לנתק את ראג' ממעגל החברים על מנת להחליפו בבארי קריפקי, רק משום שראג' החמיץ שאלה אחת בשאלון החברות ששלדון ביקש שחבריו ימלאו. שלדון לאחר מכן מראה גמישות במספר החברים שלו, כאשר לאורך העונה הרביעית והחמישית הוא מקבל את ברנדט ואיימי כחלק מהקבוצה החברתית שלהם.
לעיתים קרובות שלדון יורד על הווארד על כך שאין לו תואר דוקטור ועל היותו מהנדס, בהתייחסו למהנדסים כמו "פועלים אצילים חצי מקצועיים" ו"אומפה לומפה של המדע", וקרא להנדסה "אחיו הצעיר והאיטי של הפיזיקה". בפרק "The Bozeman Reaction", שלדון התייחס להווארד כמו "מכר היקר" במקום להחשיב אותו לאחד מחבריו. הוא גם מתייחס אליו כאל האיש המצחיק בקבוצה שלהם. לפעמים הווארד אדיש להצקותיו של שלדון ולפעמים הוא נפגע בעליל מכך כאשר שלדון מזלזל בו. למרות המריבות שלהם לשלדון יש מעט כבוד להווארד. כאשר הווארד האשים את שלדון בכך שאמר שהווארד הוא לא מהנדס טוב, שלדון אמר: "מעולם לא אמרתי שאתה רע במה שאתה עושה. רק שמה שאתה עושה לא שווה לעשות".
פני, בדומה לדמויות אחרות בסדרה, מגלה קושי לתקשר עם שלדון קופר, והשניים אף התעמתו מספר פעמים. השחקן ג'ים פרסונס, אשר משחק את שלדון, תיאר את הדמויות כ"קטבים מנוגדים". באחד הפרקים, שלדון מנסה "לשפר" את פני באמצעות שוקולד, והוא מתגמל אותה על מה שהוא רואה כ"התנהגות נכונה", כמו התניה אופרנטית עם חולדות מעבדה. כפי ששלדון ציין, פני לעיתים קרובות מכנה מישהו "מותק" יחד עם עלבון דק ומוסתר. למרות הקשיים בתקשורת ביניהם, בין פני ושלדון מתקיימת ידידות שבאה לידי ביטוי פעמים רבות במהלך הסדרה. למשל, פני טיפלה בשלדון בזמן שהוא היה חולה ואילו שלדון עזר לפני כשפרקה את הכתף. הוא אף הלווה לה כסף כשהיו לה בעיות כלכליות ואילו פני נתנה לשלדון במתנה מפית חתומה על ידי לנרד נימוי, לאחר שנימוי השתמש בה. בתמורה, העניק שלדון לפני מספר רב של סלי מוצרי אמבטיה ואחר כך נתן לה, על אף סלידתו ממגע, חיבוק ארוך, בניגוד לנטייתו שלא ליצור מגע פיזי עם אנשים.
מעריצים מסוימים תומכים במערכת יחסים רומנטית בין שלדון ופני. לורי, לעומת זאת, התנגד לכך, ואמר "יש לנו כשל ביצירת הדמות שבחר לעצמו אורח חיים ייחודי ואני לא רואה שום סיבה לשנות אותה". קיילי קווקו אמרה שאם הם יצאו, "פני תהרוג את שלדון". בפרק "The Infestation Hypothesis", שלדון ופני מתנהגים כמו זוג נשוי ותיק.
שלדון יצר קשר חזק עם אמא של לאונרד, ד"ר בוורלי הופסטטר (כריסטין ברנסקי), חיבור ברמה ששלדון לא הצליח למצוא עם אף אחד אחר. לאחר הפגישה הראשונה שלהם, הם שמרו על קשר באמצעות דואר אלקטרוני, ושיתפו מידע ומחקרים. כאשר היא מבקרת כדי להודיע ​​ללאונרד שהיא מתגרשת מאביו, פני יוצאת איתה והן משתכרות. כאשר הן חוזרות היא מנשקת את שלדון בהתקף של תשוקה, אבל אז אומרת שהמלצר שראתה בפאב היה עדיף.
שלדון טען שהוא לא חיבב אף אחת מחברותיו של לאונרד, למעט ד"ר סטפני ברנט (שרה רו) שהייתה הכי נסבלת בעיניו. הוא התעמת עם פרייה קוטרפאלי (אארטי מאן), אחותו של ראג' ​​והחברה של לאונרד, כשהיא השתמשה בהכשרתה כעורכת דין כדי לבטל את הסכם השותפות עם לאונרד. לאחר שמבקש עצה מאיימי, שלדון מחדש את טיוטות ההסכם וסוחט את פרייה על ידי זה שהוא מאיים לספר להוריה על יחסיה עם מישהו שאינו הודי, אם לאונרד לא יחתום על המסמך המתוקן. רוב הסכסוכים של שלדון היו עם פני.
שלדון מראה עניין מועט ביותר ביצירת קשרים רומנטיים או חברתיים מחוץ למעגל הנוכחי של חבריו. עם זאת, שלדון הצליח למשוך לפחות שלוש נשים (כולל אמא של לאונרד) וגבר אחד, אם כי שלדון מתעלם מכך בכל המקרים. פני פעם שואלת מה "העניין" של שלדון ולאונרד מגיב כי "אנחנו כבר פועלים תחת ההנחה שאין לו עניין". הווארד טוען ששלדון מתרבה על ידי מיטוזה בדומה לאמבה.
בפרק הסיום בעונה השלישית, ראג' והווארד סוחטים את שלדון כדי שיבוא לפגישה עם אישה שהם גילו באתר היכרויות. בתחילה שלדון מסכים מתוך חוסר אמון, והוא מופתע לגלות אישה (איימי פארה פאולר, בגילומה של מים ביאליק) שהיא במידה רבה גרסה נשית של עצמו, למרבה האימה של הווארד וראג'. איימי סיכמה עם אמה לצאת לדייט פעם בשנה ובתמורה לכך אמה לא תעלה את הנושא (וכן יתאפשר לה להשתמש מדי פעם בגריל שלה). לאחר כמה משפטים, שניהם מבינים שיש ביניהם חיבור. מערכת היחסים ממשיכה בעונה הרביעית. בפרק הראשון של העונה הרביעית, שלדון מגלה שהם היו בקשר באמצעות אמצעים אלקטרוניים רבים על פני הקיץ, ושהם מתכננים להביא ילד לעולם יחד ללא נישואין וללא קיום יחסי מין. תוכנית זו מסוכלת על ידי פני, שמאיימת לספר לאמו הנוצרייה האדוקה של שלדון על תוכניותיו להביא ילד לעולם, שייוולד להורים לא נשואים. אף על פי שהם תואמים ואמפתים אחד כלפי השנייה, שלדון לעיתים קרובות מציין שהם לא במערכת יחסים רומנטית. למרות ההערכה של שלדון שאיימי היא לא הרוח החופשית שהוא, הוא נהנה מאיך שהיא גרמה לו להצטרף אליה בעשיית ניסויים במדעי החברה. שניהם נהנים מהמשחקים שהם יוצרים, ואיימי ושלדון בגלוי מבטאים את אותו סוג של עליונות אינטלקטואלית. למשל, כאשר שלדון לא מבין איך איימי, הנוירוביולוגית, יכולה ללעוג לברנדט רוסטנקובסקי, המיקרוביולוגית, על הלימודים שלה, איימי אומרת, "אני לומדת על המוח, האיבר שאחראי על בטהובן והסימפוניה החמישית. ברנדט חוקרת שמרים, האורגניזם שאחראי לבירה". השניים נפרדו לאחר ויכוח מה יותר טוב: הפיזיקה התאורטית או הנוירוביולוגיה, אבל חזרו במהירות להיות ביחד אחרי שאמו של שלדון התערבה. איימי הראתה לפעמים עניין רומנטי בשלדון. אחרי ששלדון מסיק בשוגג שלאונרד ואיימי קיימו יחסי מין אחרי קבלת הפנים לחתונה שבה הם השתתפו, הוא מגיב באופן לא צפוי בתגובה אלימה, ומכה בצווארו של לאונרד ביד שמאל, בעוד הוא אומר ללאונרד ש"היא לא בשבילך... לא בשבילך!". על אף רתיעתו ממגע הוא מנשק את איימי ביום האהבה מיוזמתו, בעודם נוסעים ברכבת יחד וכמה עונות מאוחר יותר מקיימים יחסי מין בתור מתנה של שלדון לאיימי ליום הולדתה ואף בסדרת הספין אוף "שלדון הצעיר" נאמר שבסופו של דבר לו ולאיימי היו ילדים.
יריבים.