Фамилия Атмачёва — женская форма фамилии Атмачёв, а та, в свою очередь, образована от личного имени или прозвища Атмач. Само слово «атмач» — редкое для русской ономастики, и его происхождение почти наверняка тюркское. В турецком языке atmaca означает «ястреб». Это straightforward и самая правдоподобная версия.

Имя Атмач могли дать по той же логике, что и русские имена Сокол или Орёл: родители желали мальчику вырасти зорким, сильным и смелым, как хищная птица. Традиция «птичьих» имён широко распространена у тюркских народов, и в русских землях такие имена тоже встречались, особенно в среде служилых людей, контактировавших с татарами и башкирами.

Менее вероятно, что Атмач — это прозвище взрослого человека. В таком случае основатель рода мог заниматься соколиной охотой: ловить и обучать ястребов или охотиться с ними. Прозвища по роду занятий давались часто, но в этом случае «атмач» звучит как отглагольное имя (тот, кто «атмачит» — занимается ловлей птиц), а не как прямая профессия. Поэтому версия с именем-пожеланием надёжнее.

Суффикс -ёв в фамилии Атмачёв указывает на принадлежность: «чей сын?» — Атмачёв, то есть сын Атмача. Ударение на последнем слоге (Атмачёв) типично для фамилий, образованных от тюркских основ. Окончательно определить, где именно впервые закрепилась фамилия — в рязанских, казанских или сибирских землях — можно только по конкретным генеалогическим записям. Без них остаётся лишь уверенно говорить о тюркском корне и традиции именования по сильной, хищной птице.