Фамилия Духтанова образована от женского имени Духтан. Это имя — тюркского происхождения, в переводе с персидского и тюркских языков означает «девушка», «дева», «дочь». В ономастике такие случаи редки: обычно в основе русских фамилий лежат мужские имена или прозвища, а здесь — прямое указание на женский пол. Скорее всего, Духтаном в семье ласково называли девочку, единственную дочь, или же это имя дали при рождении, что встречалось у народов Средней Азии и Поволжья, где тюркские и персидские корни переплетались веками.

Суффикс -ов- типичен для русской фамильной модели, указывающей на принадлежность: Духтанова буквально означает «дочь (или жена) Духтана». Но здесь есть тонкость: если бы фамилия происходила от мужского имени Духтан, она звучала бы как Духтанов (для мужчины). Женская форма Духтанова могла закрепиться за женщиной как родовая фамилия в тех случаях, когда носительница была вдовой или главой семьи, и документы фиксировали её именно так. Либо же фамилия изначально принадлежала женщине, чей муж или отец носил прозвище Духтан — но это менее вероятно, так как в русской традиции фамилии передавались по мужской линии.

Встречается фамилия преимущественно в регионах с тюркским населением: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область, а также среди татарской диаспоры. Встречаются варианты написания Духтанов, Духтанова, но форма на -а закрепилась именно как женская. В дореволюционных метрических книгах можно найти упоминания крестьянок и мещанок с такой фамилией, что говорит о её простонародном происхождении — без дворянского или купеческого следа.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Духтин, Духтов) показывает, что корень «духт-» в русском ономастиконе редок и почти всегда указывает на заимствование из тюркских языков. Никакой связи с русским словом «дух» здесь нет — это ложное созвучие. Таким образом, фамилия Духтанова — один из немногих примеров, когда в основе лежит не мужское имя, а прямое обозначение женщины, что делает её интересным объектом для изучения межэтнических контактов в Поволжье.