Hun fullførte en bachelorgrad i 2000 innen nevro-vitenskap, hebraisk og jødiske studier ved UCLA. Hun tok en pause fra studiene i 2005 for å gå tilbake til skuespilleryrket. Bialik fullførte sin doktorgrad ved UCLA i 2008, men begynte ikke på en akademisk karriere. Hun giftet seg med Michael Stone den 31. august 2003, i en viktoriansk-inspirert seremoni med flere tradisjonelle jødiske skikker. De har to sønner sammen: Miles Roosevelt Bialik Stone, født 10. oktober 2005 og Frederick Heschel Bialik Stone, født 15. august 2008.