Фамилия Дитлова — женская форма, а её носительница, скорее всего, потомок человека по фамилии Дитлов. Сама мужская фамилия Дитлов — относительно редкая и прозрачная по происхождению. Она образована по самой массовой русской модели: к основе прозвища или имени добавили типичный суффикс принадлежности -ов. Вопрос в том, что легло в основу.

Первый и наиболее вероятный вариант — прозвище Дитло. В русских говорах, особенно на северо-западе и в новгородских землях, словом «дитя» или «дитё» называли ребёнка, младенца. Суффикс -л- в прозвищах часто придавал оттенок действия или склонности: «ди́тло» — тот, кто ведёт себя по-детски, капризничает, или, наоборот, младший в семье, которого все опекали. В ономастике известен ряд фамилий от «детских» прозвищ (Детков, Детинкин), и Дитлов стоит в этом же ряду, но с более редким суффиксальным оформлением.

Второй, менее очевидный путь — связь с немецкой фамилией Dittloff или Dietl. В XVIII–XIX веках в России оседало много немецких колонистов и специалистов. Фамилия Дитлов могла возникнуть как русификация немецкой фамилии: окончание -off осмыслялось как русское -ов, а корень сокращался до Дитл-. Однако для этого варианта нет массовых подтверждений в переписях, и он уступает первому по вероятности, так как фамилия встречается преимущественно в центральных и северных русских регионах, а не в местах компактного проживания немцев.

Примечательно, что фамилия Дитлов не попала в число распространённых дворянских или купеческих родов. Судя по всему, её носители были крестьянами или мещанами. Встречается она точечно, без ярко выраженного «гнезда». Это не делает её менее интересной: наоборот, такие фамилии — живые свидетельства местных говоров и бытовых прозвищ, которые закреплялись за конкретными людьми и их потомками.