Фамилия Колтук — редкий случай, когда прозвище перешло в фамилию почти без изменений, без типичных суффиксов -ов или -ин. В основе лежит слово «колтук» — так в южнорусских и украинских говорах называли колтун, свалявшиеся спутанные волосы. Прозвище Колтук могли дать человеку с неопрятной, сбившейся шевелюрой, возможно, больному кожной болезнью, вызывающей слипание волос. В народной медицине колтун считался даже признаком особой силы или порчи, поэтому прозвище не всегда было оскорбительным — иногда его воспринимали как оберег или метку знахаря.

В русской ономастике фамилии без суффиксов (так называемые «чистые» прозвища) встречаются реже, чем патронимы на -ов. Обычно они закреплялись в южных регионах, на Слобожанщине и в казачьих областях, где сильнее было влияние украинской традиции словообразования. Колтук мог остаться без изменений, если первый носитель был прозван так в быту, а его дети и внуки уже не переделывали фамилию на «московский манер». Встречаются и родственные формы — Колтуков, Колтуненко, Колтуновский, но Колтук стоит особняком как архаичное, прямое прозвище.

Словарь Б. Унбегауна «Русские фамилии» относит подобные образования к группе прозвищ по внешним признакам, но отдельно Колтук не разбирает. В говорах слово имело и переносный смысл: «колтуком» могли назвать упрямого, замкнутого человека (от той же ассоциации с чем-то спутанным, нераспутываемым). Поэтому не исключено, что фамилия отражала не столько внешность, сколько характер — тяжелый, «свалявшийся», с которым трудно найти общий язык.

География фамилии сегодня размыта: Колтуки встречаются в России, на Украине и в Беларуси, но нигде не образуют плотных гнёзд. Это говорит о том, что фамилия не была массовой и не пошла от одного родоначальника, а возникала в разных сёлах независимо — везде, где было в ходу слово «колтук». Носителю фамилии стоит обратить внимание на местные говоры: если предки с юга России или Украины, версия с колтуном-волосами наиболее вероятна. Если из северных областей — возможно, корень иной, но надёжных альтернатив ономастика не предлагает.