Фамилия Бельтихина — женская форма фамилии Бельтихин, и её разбор стоит начать с необычного суффикса -их-. В русской ономастике фамилии на -их и -ых (Бельтихих, Бельтих) характерны для северных и северо-восточных областей России: Архангельской, Вологодской, Вятской, а также для Сибири. Они указывают на принадлежность к роду или дому: «из семьи Бельтиха». Такая модель образования — одна из древнейших, она фиксирует прозвище главы семейства в родительном падеже множественного числа.

Основа «Бельтих» восходит к прозвищу Бельтиха. Его источник — нецерковное имя или прозвище Бельт, которое в русских говорах имело несколько значений. Самое прямое — «бельт» или «бельтик»: так в некоторых регионах называли пояс, кушак или ремень. Прозвище мог получить человек, носивший заметный пояс, либо мастер, изготавливавший ремни. В словаре В. И. Даля зафиксирован глагол «бельтюжить» — бить, колотить, что могло стать основой для прозвища драчливого или резкого человека, но эта версия менее вероятна, так как фамилия образована именно от существительного, а не от глагольной формы.

Вероятен и другой путь: прозвище Бельт могло быть сокращением от крестильного имени Вельт (от немецкого Walthere — «управляющий войском»), но для русского Севера, где фамилия наиболее распространена, такое заимствование маловероятно. Скорее всего, прозвище носило бытовой, описательный характер.

Сам суффикс -ихин в фамилии — двойной: сначала фамилию образовали по северорусской модели (Бельтих), а затем, при переходе в стандартную общерусскую форму, добавили суффикс -ин, чтобы получить привычное окончание. В результате Бельтихин — это не «сын Бельтихи», а скорее «человек из рода Бельтихов». Женская форма Бельтихина, таким образом, буквально означает «принадлежащая к семье Бельтихиных».

Фамилия редкая, недворянская, крестьянского или посадского происхождения. Встречается преимущественно в Кировской области и Пермском крае — регионах, куда в XVII–XVIII веках переселялись выходцы с Русского Севера. Известных носителей с этой фамилией в истории нет, что типично для фамилий, образованных от локальных прозвищ и не попавших в столичные родословные книги.