Фамилия Ахтемова — одна из тех, где на первый взгляд угадывается тюркское происхождение, и это верное направление. Её основа — мужское имя Ахтем, которое в свою очередь является диалектной или упрощённой формой арабского имени Ахмад (иногда также Актем, Ахтам). В переводе с арабского Ахмад означает «достойный похвалы», «самый прославленный», одно из имён пророка Мухаммеда. Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования фамилий: «чей?» — Ахтемов, то есть потомок человека по имени Ахтем. Женская форма Ахтемова образована по тому же правилу.

Интересно, что фамилия практически не встречается в центральной России, зато устойчиво фиксируется в регионах с татарским и башкирским населением — в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Это подсказывает, что предки носительницы фамилии, скорее всего, были тюркоязычными мусульманами, принявшими православие или сохранившими имя в среде крещёных татар. Встречается вариант Ахтамов — с буквой «а» во втором слоге, что может быть следствием местного произношения или ошибки писаря при записи.

Словообразовательная модель простая, но редкая: основа на твёрдый согласный (Ахтем) плюс суффикс -ов. В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), здесь мы видим патроним, построенный по мужскому роду. Никаких сословных перегородок эта фамилия не несёт — её могли носить и крестьяне, и мещане, и служилые татары. В дореволюционных метрических книгах по Уфимской губернии встречаются записи об Ахтемовых — в основном среди государственных крестьян, что подтверждает бытовое, а не аристократическое происхождение.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Ахматов, Ахмедов, Ахметов, — то Ахтемова стоит особняком: форма Ахтем менее распространена, чем Ахмет. Это может говорить либо о местном диалектном варианте имени, либо о том, что предок носителя фамилии был известен именно под этим прозвищем, а не под полным каноническим именем. В любом случае, фамилия сохранила живое звучание тюркского имени в русской грамматической оболочке.