I oktober 1970, mens hun deltok i rettssaken til menneskerettighetsaktivistene Revol't (Ivanovitsj) Pimenov og Boril Vail i Kaluga, møtte Bonner Andrej Sakharov, en atomfysiker og menneskerettighetsaktivist. Året før, i 1969, var Sakharov blitt enkemann, etter at hans kone, Klavdia Aleksejevna Vikhireva, døde. Med henne hadde han to døtre og en sønn.