Фамилия Изельштейм — редкий для России пример чисто немецкой топонимической фамилии, которая не прошла через русскую словообразовательную обработку. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, оканчивающихся на -ов, -ев, -ин или -ский, Изельштейм сохранила свою исходную немецкую форму, что сразу указывает на немецкое или еврейское (ашкеназское) происхождение её носителей. В немецком языке фамилия пишется как Iselstein или Izelstein.

Основа фамилии — сложное слово, которое распадается на две части: «Изель» и «штейм». Первая часть, «Изель», скорее всего, восходит к географическому названию — реке Изель (нем. Issel, нидерл. IJssel) в Германии и Нидерландах, или к городу Изельбург (Iselburg). Вторая часть, «штейм», — это искажённое немецкое «Stein» (камень). В немецких фамилиях компонент -stein часто означает «замок» или «крепость» на скале, но в составе сложных фамилий он может указывать на конкретное место — например, на город, где жил предок. Таким образом, Изельштейм — это «камень (замок) на реке Изель» или «житель с Изельштайна». Встречается и вариант написания с «т» на конце (Изельштейн), что ближе к оригинальному произношению.

Словообразовательная модель типична для немецких фамилий, образованных от названий местностей: корень (топоним) + суффикс-указатель на происхождение (-er) или прямое сращение с -stein. В данном случае суффикса нет — фамилия просто перенесла название населённого пункта в качестве родового имени. Такие фамилии были распространены среди немецких бюргеров и ремесленников, а также среди евреев, которые в XVIII–XIX веках получали фамилии по месту жительства или по названиям городов.

В России фамилия Изельштейм встречается крайне редко, в основном в документах XIX — начала XX века. Носители, скорее всего, были потомками немецких колонистов, приглашённых Екатериной II, или еврейских переселенцев из черты оседлости. Сословная принадлежность не фиксируется однозначно: среди Изельштеймов могли быть и купцы, и врачи, и ремесленники. Из-за редкости фамилии в открытых источниках почти нет записей о «знаменитых» носителях — это типичная локальная фамилия, не попавшая в общероссийские справочники. Споров о происхождении нет: версия с рекой Изель и компонентом -stein — единственная правдоподобная, так как она подтверждается реальной топонимикой Германии.