Фамилия Атоманов — редкий случай, когда внешне прозрачная форма обманчива. На первый взгляд кажется, что в основе лежит знакомое слово «атом», но это почти наверняка ловушка. Фамилия могла возникнуть в эпоху увлечения наукой в XX веке, как искусственная или семинарская, но для русской народной модели образования это нетипично. Гораздо правдоподобнее, что перед нами искажённое написание или вариант фамилии Атаманов.

В русских говорах, особенно южных и казачьих, слово «атаман» произносили с «оканьем» или редуцировали гласные. На письме это закреплялось как «Атоман». Суффикс -ов указывает на принадлежность: Атоманов — сын Атомана, то есть потомок человека, носившего прозвище или звание атамана. Атаманами называли выборных или назначаемых предводителей казачьих общин, ватаг, разбойничьих шаек или артелей. Прозвище мог получить не только реальный военный старшина, но и человек властный, решительный, либо тот, кто командовал в какой-либо рабочей артели.

Менее вероятна, но возможна связь с тюркским «ата» — «отец, старший». В таком случае Атоманов — русифицированная фамилия от прозвища Атаман (в значении «почтенный старик, глава рода»). Эта версия объясняет появление фамилии не в казачьей среде, а, например, у татар или башкир, перешедших на русскую фамильную модель.

Встречаемость фамилии крайне низкая. Основные очаги — юг России, Поволжье и Украина, где исторически было сильно казачье влияние. Вариант Атаманов распространён несравнимо шире, и Атоманов, скорее всего, его фонетический «близнец», закрепившийся в документах из-за особенностей местного произношения или ошибки писаря. Разбор по словарю Б. Унбегауна подтверждает, что фамилии на -ов от названий должностей и званий — типичное явление, а «атаман» — один из частых корней.