Mentre era in America, a Florey venne offerta, da un benefattore sconosciuto, una borsa di studio che gli garantiva libertà di ricerca e uno stipendio annuale. Florey prolungò il suo soggiorno in America di due settimane per poi tornare in Inghilterra nel maggio 1926. A Londra Florey si innamorò di Mary Ethel Hayter Reed, laureata in medicina, figlia di una famiglia benestante di Adelaide, con la quale intratteneva un rapporto epistolare dai tempi dell'Australia. Si sposarono il 19 ottobre del 1926. Mary Ethel Hayter Florey divenne il primo medico ad usare e sperimentare la penicillina. Nonostante la lunga unione, durata fino alla morte di Ethel avvenuta nel 1966, i rapporti con la moglie non furono molto buoni. Dal matrimonio nacquero due figli, Paquita e Charles.