Фамилия Дембелова — редкий пример, где географический и языковой фон важнее, чем прозрачная внутренняя форма. С точки зрения носителя русского языка, основа «дембел» сразу отсылает к армейскому жаргону: «дембель» (увольнение в запас), но это ложный след. Фамилия образована не от военного термина, а от тюркского имени или прозвища.

Вероятнее всего, в основе лежит тюркское имя Дембель или Дембел, которое восходит к словам со значением «железо», «крепкий», «несгибаемый». Такие имена давали мальчикам, желая им силы и твёрдости характера. Фамилия Дембелов (а женская форма — Дембелова) возникла по стандартной русской модели: к основе добавили суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Дембела). Суффикс -ев здесь не используется, так как основа заканчивается на твёрдый согласный.

География фамилии подтверждает эту версию. Дембеловы (и Дембеловы) встречаются преимущественно в регионах с сильным тюркским субстратом — в Поволжье, на Урале, в Западной Сибири. Встречаются также в среде казанских татар, башкир, казахов, где имя Дембел известно как личное. Русские носители фамилии, скорее всего, потомки крещёных татар или башкир, либо люди, получившие фамилию по прозвищу, данному за твёрдость или упрямство — в том же значении «железный».

В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) эта фамилия не упоминается в основном корпусе — она периферийная, что лишний раз указывает на её неславянское происхождение. Встречается вариант написания через «е» — Дембелова, с ударением, скорее всего, на втором слоге: Дембе́лова. Редкие случаи ударения на последний слог — результат адаптации в русскоязычной среде.

Таким образом, фамилия Дембелова — не про армию, а про старую тюркскую традицию именования по качеству. Предки носителей этой фамилии могли быть людьми с репутацией несгибаемых, крепких духом, что и закрепилось в родовом имени.