С начала 2005 года Палмер встречалась с игроком Австралийского футбола Стюартом Дью. Они расстались в марте 2007 года. Во время съёмок Сказок на ночь, она встречалась с Расселом Брендом, в течение трёх месяцев. Также была замечена в романтических отношениях с Тофером Грейсом и Адамом Броуди.

Летом 2012 года Тереза начала встречаться с актёром Марком Уэббером.

21 декабря 2013 года пара поженилась, а 17 февраля 2014 года у них родился сын Боди Рейн.