Фамилия Дильтаева — женская форма от Дильтаев, и её разумнее всего разбирать, отталкиваясь от корня. В основе лежит тюркское или кавказское имя или прозвище Дильтай. Слово «диль» в тюркских языках (например, татарском, башкирском, кумыкском) означает «язык», а суффикс -тай — уменьшительно-ласкательный или указывающий на обладание признаком. Таким образом, Дильтай могло значить «говорящий», «красноречивый», «болтливый» или же, напротив, «языкастый» в смысле острый на язык.

Модель фамилии — типичная для русского форманта -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или йот. В данном случае Дильтай + ев даёт Дильтаев. Суффикс -ев указывает на принадлежность: «сын Дильтая». Это одна из самых распространённых моделей в русских фамилиях нерусского происхождения, особенно среди татар, башкир и народов Северного Кавказа.

Географически фамилия Дильтаева встречается в основном в регионах с тюркским населением: в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Встречается она и у кумыков, где имя Дильтай могло быть личным именем, а не прозвищем. В таком случае фамилия сохранила исходную форму без изменений, что редкость для тюркских имён, которые часто русифицировались.

Спорных версий у этой фамилии немного. Иногда её пытаются связать с персидским «дил» — «сердце», но это натяжка: в тюркских языках «диль» — именно «язык», а не «сердце». Правдоподобнее исходить из тюркской основы, тем более что суффикс -тай в тюркской антропонимии широко распространён (сравните Алтай, Келтай, Толтай).

Социальный контекст: носители фамилии Дильтаев чаще всего были крестьянами или мещанами, но встречались и среди служилых татар. Сословная принадлежность не зафиксирована в каких-либо известных родословных книгах, что типично для фамилий, возникших в народной среде. В советское время фамилия не утратилась, сохранившись в основном в сельской местности.