Фамилия Бальтумесбаев — редкий случай, когда в основе лежит не одно прозвище, а целое предложение. Это составная фамилия, и её разбор даёт ключ к пониманию, откуда родом её первые носители.

Корень фамилии — «бальтумес». Это искажённое башкирское или татарское «бал төмөҫ» (в кириллической записи — «бал төмес»), что дословно переводится как «не мед». В тюркских языках слово «бал» означает «мёд», а частица «түгел» / «төмөҫ» — отрицание «не». Получается прозвище «Не-мёд» или «Не мед». Вряд ли оно было связано с реальным вкусом — скорее, это была ироничная характеристика человека: либо он был несладким, суровым, либо так в шутку называли того, кто не оправдал ожиданий. В некоторых говорах «бал» могло означать и «сладость» в переносном смысле — удачу, везение. Тогда «бальтумес» — человек, которому не везёт, «неудачник».

Суффикс «-баев» — типичный для тюркских фамилий, особенно у башкир и татар. Он восходит к слову «бай» — богатый, хозяин, господин, а в составе фамилий часто означал «сын такого-то» или «принадлежащий к роду такого-то». Сочетание «бальтумес» + «баев» даёт значение «сын того, кого прозвали Не-мёд» или «потомок Неудачника». Важно, что фамилия образована не от имени, а от прозвища-характеристики, что типично для простонародной среды.

Географически фамилия тяготеет к Башкортостану и прилегающим регионам Южного Урала. Встречается она крайне редко, что говорит о локальном происхождении — возможно, от прозвища одного конкретного человека в небольшой деревне, чьи потомки и разнесли фамилию. В русских переписях XIX века такие составные фамилии часто записывали на слух, отсюда возможны варианты вроде Бальтумесов или Бальтумесбаев с разным ударением.

Сословно это, скорее всего, фамилия башкир-вотчинников или тептярей (сословие, близкое к крестьянам, но с тюркскими корнями). Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — слишком «бытовой» и непарадный смысл у прозвища.