I 1949 giftet Heyerdahl seg på nytt, denne gang med Yvonne Dedekam-Simonsen (1924–2006). Hun hjalp til med mye av det praktiske rundt organiseringen av ekspedisjonen med «Ra» og arrangerte også redningsaksjonen da flåten var i ferd med å synke. Ekteskapet resulterte i døtrene Annette, Marian og Helene Elisabeth, men endte med skilsmisse i 1969. Heyerdahl mente at årsaken til skilsmissen var at han tilbragte for mye tid hjemmefra, samt uenigheter om barneoppdragelse. I en selvbiografi senere innrømmet han at han skulle ha tatt på seg hele skylden for bruddet.