Фамилия Бухтерева чаще всего отталкивается от прозвища, а не от географического названия или профессии. Её основа — диалектное слово «бухтерь» или «бухтеть». В русских говорах «бухтеть» означало ворчать, бормотать, недовольно говорить себе под нос. Соответственно, Бухтерем могли прозвать человека ворчливого, недовольного, постоянно что-то бубнящего. Эта версия лежит на поверхности и подкрепляется живой народной лексикой, которую фиксируют словари русских говоров.

Суффикс -ев указывает на типичную модель образования русских фамилий от основ на мягкий согласный. Бухтерев — сын Бухтеря, то есть потомок человека с таким прозвищем. Форма Бухтерева — женский вариант, который в русской традиции не склоняется по падежам, если принадлежит женщине, и склоняется, если относится к мужчине (как притяжательное прилагательное). Встречается и параллельная форма с суффиксом -ин — Бухтерин, что говорит о вариативности в народной среде.

Есть и более редкая, но возможная версия: происхождение от имени Бухтер, которое могло быть вариантом крестильного имени Вукол (от греческого «пастух») или простонародным сокращением от Бухвостов. Однако в случае с Бухтеревым связь с ворчливым характером выглядит убедительнее: прозвища по поведению давали часто, и они легко закреплялись за целым родом.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям России, где слово «бухтеть» было в ходу. Встречается она и в Поволжье. В писцовых книгах XVII века можно найти упоминания крестьян и посадских людей с похожими прозвищами, но массовое закрепление фамилии произошло уже после отмены крепостного права, когда бывшие крепостные получали фамилии по прозвищам предков. Так что носительницы фамилии Бухтерева — потомки, скорее всего, крестьян или мещан, получивших своё родовое имя от не в меру ворчливого, но запоминающегося пращура.