Фамилия Карпалов образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от прозвища или имени через суффикс притяжательности -ов. Основа здесь — Карпал. Это имя или прозвище, которое, в свою очередь, скорее всего, является производной формой от канонического крестильного имени Карп. Имя Карп (от греческого «карпос» — плод) было в ходу у русских, украинцев и белорусов, и от него возникло множество фамилий: Карпов, Карпенко, Карпухин, Карпович. Форма Карпал — это либо уменьшительно-ласкательный вариант (подобно тому, как от Иван делали Иванал), либо усечённая версия более длинного имени, например, Карпалий (редкое мужское имя, встречавшееся в святцах).

Менее вероятная, но допустимая версия связывает основу с диалектным словом «карпать» — в некоторых говорах так называли ворчать, браниться или делать что-то небрежно. В таком случае Карпалом могли прозвать сварливого или неаккуратного человека. Однако для прозвищ, образованных от глаголов, чаще использовались суффиксы -ун (Карпун) или -ыга (Карпыга), так что версия с крестильным именем выглядит надёжнее.

Суффикс -ов указывает на принадлежность: буквально «сын Карпала». Фамилия типична для центральных и северных регионов России, где модель на -ов была основной. В украинской или белорусской среде тот же корень дал бы фамилию Карпаленко или Карпалюк. Сословных ограничений у фамилии не было: её мог носить и крестьянин, и мещанин, и священник, поскольку имя Карп было распространено во всех слоях общества.

Если сравнивать с однокоренными, Карпалов стоит в одном ряду с Карпачёвым (от Карпач) и Карпиловым (от Карпило). Все они — ответвления от одного корня, но с разными уменьшительными суффиксами. В современных справочниках фамилия встречается нечасто, что говорит о её относительной редкости и локальном бытовании в прошлом.