Aunque Marisa Tomei nunca ha atado el nudo, se dice que una vez estuvo comprometida con Logan Marshall-Green. Según el Daily Mail, Marshall-Green le propuso matrimonio a Tomei durante las vacaciones de principios de 2013 -después de haber estado saliendo de forma intermitente desde 2008- y, a pesar de haber manifestado que no creía en el matrimonio, la actriz habría dicho «sí» a su propuesta. La pareja no llegó a pasar por el altar y finalmente se separó, pero eso no ha impedido que la actriz de Mi primo Vinny haya encontrado el amor a lo largo de su vida.
La nativa de Brooklyn ha sido relacionada con un montón de hombres famosos a lo largo de los años, incluyendo, la estrella de Cómo conocí a vuestra madre Josh Radnor y el actor de Iron Man Robert Downey Jr. Aunque los romances no duraron, su amistad con Downey ha seguido floreciendo e incluso puede haber llevado a Tomei a formar parte del Universo Cinematográfico de Marvel (según un perfil de 2017 en The Guardian). Gracias a su recomendación, acabó interpretando a la tía May Parker en Capitán América: Civil War y luego en Spider-Man: Homecoming y Spider-Man Far From Home. Su elección para este papel llevó a Downey a mencionar el enorme atractivo sexual de Tomei durante su aparición en Jimmy Kimmel en 2016, diciendo: «Spider-Man tiene, como, una tía buena. Dios mío, sólo piensa. Piensa en las posibilidades».
Los fans del mundo del espectáculo fueron informados de esas posibilidades por el mencionado artículo de The Guardian, que ayudó a recordar a los lectores que Tomei y Downey una vez cerraron los labios en Solo tú, y que ella una vez un premio de MTV Movie al «Mejor Beso» por una escena que compartió con Christian Slater en Corazón indomable, de 1993.
«Es agradable que se me considere una gran besadora», explicó mientras se reía de sus rumoreadas habilidades para besar. «Todo es cuestión de la pareja, ¿no? Y sólo es en la pantalla. En la vida real, soy una m***».