Фамилия Дятлов (в форме множественного числа — Дятловы) происходит от нецерковного, мирского имени Дятел. На Руси имя, данное по названию птицы, было частью древней традиции: родители верили, что, называя ребёнка Дятлом, они делают его частью природы и передают ему качества этого представителя фауны. Дятел в народных представлениях — птица пророческая, символ магической силы, страж деревьев и королей, а также олицетворение трудолюбия и усердия.

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: к основе «Дятел» (в форме «Дятл-», после отпадения суффикса -ел в косвенных падежах) прибавился патронимический суффикс -ов. Такой суффикс — самый распространённый в русских фамилиях, он указывает на принадлежность: «Дятлов» буквально значило «сын Дятла». Фамилия относится к типичным «птичьим» фамилиям, в одном ряду с Соколовыми, Воробьёвыми, Соловьёвыми, но в отличие от них встречается заметно реже.

Интересно, что у имени Дятел есть и альтернативная, хотя и менее вероятная, версия происхождения. В некоторых говорах «дятел» могло быть прозвищем болтливого или навязчивого человека (по аналогии со стуком дятла). Однако в ономастике первичным считается именно именование по птице, а не по характеру. Точное время и место возникновения фамилии установить трудно — фамилии у крестьян и посадских людей закреплялись в основном в XV–XVII веках, причём процесс шёл неравномерно в разных землях. Тем не менее, фамилия Дятлов — живой памятник славянской антропонимической традиции, где мирское имя, данное при рождении, со временем превратилось в наследственное родовое прозвание.