Фамилия Беломелски — яркий пример того, как географическое название превратилось в родовое имя. Её основа — Беломел — почти наверняка указывает на конкретное место, откуда был родом первый носитель. Скорее всего, это название села или хутора с корнями «белый» и «мел» (меловой, белый мел). Такие топонимы характерны для регионов с выходами меловых пород: юг России, Украина, Беларусь. Человек, переселившийся оттуда, получал прозвище «Беломелский» — «тот, кто из Беломела».

Суффикс -ск(ий) в этой фамилии — типичный признак шляхетского или дворянского происхождения в Польше и на западе Российской империи. В Речи Посполитой окончание -ский носили в основном представители знати, а на востоке, после разделов Польши, такие фамилии могли давать и крестьянам, и мещанам, переселившимся из другого села. Таким образом, Беломелски — это «топонимическая» фамилия, образованная не от имени или ремесла, а от места жительства предка.

Отдельного внимания заслуживает написание через «и» на конце — Беломелски, а не Беломельский. Это указывает на полонизированную форму: в польском языке прилагательные мужского рода в именительном падеже оканчиваются на -ski. Если бы фамилия закрепилась в русской среде, её бы переделали в Беломельский (с мягким знаком). Сохранение твёрдого окончания — верный признак того, что предки носителя жили на землях бывшей Речи Посполитой (современные Польша, Западная Украина, Беларусь, Литва).

Редкость фамилии объясняется тем, что она привязана к небольшому, возможно, исчезнувшему поселению. Если искать аналоги по смыслу, то в России встречаются Беломестновы (от «белое место» — свободная от налогов земля) и Беломестных, но Беломелски стоит особняком из-за привязки к меловым залежам. В польских архивах можно найти шляхетские роды Беломельских (Białomielskich), что подтверждает версию о дворянских корнях, хотя документально это не зафиксировано для всех ветвей.