长子成帝刘骜,次子定陶恭王刘康,三子中山孝王刘兴。成帝无后,定陶恭王生哀帝刘欣(公元前27-前1),中山孝王生平帝刘衎(公元前9年-公元5年)。成、哀、平三帝均无子女,导致元帝一脉绝嗣。元帝生二女:长女平阳公主,嫁汝阴侯夏侯颇(夏侯婴曾孙)。夏侯颇尚平阳公主,元光元年嗣侯,元鼎二年因与父侍婢通奸获罪自杀,国除。次女颖邑公主。