Фамилия Эльштейн — это пример фамилии, которая почти наверняка не славянская по происхождению, а ашкеназская еврейская. Её структура выдает искусственное, «кабинетное» происхождение, типичное для фамилий, которые массово присваивались еврейскому населению Российской империи и Австро-Венгрии в конце XVIII — XIX веках.

Основа фамилии — немецкая лексема «Stein» (камень). Первая часть «Эль» может быть как искажением немецкого «Öl» (масло, нефть), так и сокращением от имени собственного, например, Элиэзер (Эль) или Элияху. Получается, что буквально фамилия означает «масляный камень» или «нефтяной камень» (что могло быть связано с месторождением или торговлей), либо «камень Эля». Однако есть и более вероятная версия: «Эль» — это топонимический элемент. В немецких землях и на территории бывшей Австрийской империи существовали поселения с названиями, оканчивающимися на -stein (например, Эльштайн, Эльштедт). В таком случае фамилия Эльштейн — указание на выходца из конкретного места.

Суффикс «-штейн» (-stein) в еврейских фамилиях выполнял роль «красивого» окончания. Власти часто поощряли образование фамилий от названий драгоценных камней, металлов и природных явлений. Поэтому Эльштейн стоит в одном ряду с фамилиями Гольдштейн (золотой камень), Зильберштейн (серебряный камень) и Розенштейн (розовый камень). В отличие от них, «Эль» не имеет прямого «драгоценного» значения, что делает эту фамилию менее «престижной» по замыслу, но более редкой и загадочной.

С точки зрения географии, фамилия Эльштейн встречается в основном среди еврейских общин Восточной Европы, особенно в Литве, Беларуси и Украине. В Российской империи такие фамилии часто записывались на немецкий манер, что объясняет отсутствие русских суффиксов (-ов, -ин). Предок-носитель этой фамилии, скорее всего, был арендатором, торговцем или ремесленником, которому при переписи населения выдали «красивую» фамилию, привязанную к местности или природному объекту.

В современном русском языке фамилия не склоняется, если принадлежит мужчине (Иван Эльштейн), и не склоняется у женщин (Анна Эльштейн). Ударение, судя по немецкому произношению, падает на первый слог — Э́льштейн, хотя в бытовой речи нередко смещается на второй. Это одна из тех фамилий, где за внешне простой конструкцией скрывается сложная история миграции и административного творчества XIX века.