Фамилия Летау — редкий случай в русском ономастиконе. С первого взгляда она кажется иноязычной, и это впечатление не обманчиво: её основа не славянская, а немецкая или прибалтийская. На это указывает характерное окончание -ау, которое встречается в немецких топонимах (например, Браунау, Ландау) и фамилиях, образованных от названий мест.

Скорее всего, Летау — это фамилия-топоним. В немецком языке слово «Lettau» может быть вариантом написания названия города Леттов (Lettow) в Восточной Пруссии (ныне территория Польши), либо происходить от сложения корней «Lett» (возможно, от названия народа латгалов или леттов) и «Au» (луг, пойма, водный луг). Таким образом, первый носитель фамилии мог быть выходцем из деревни или поместья Летау/Леттау. Встречается эта фамилия и у немецких колонистов, переселявшихся в Российскую империю в XVIII–XIX веках, особенно в Поволжье и на юге Украины.

Другая, менее вероятная версия — искусственное происхождение. В среде немецких переселенцев фамилии нередко давались по названию места, откуда прибыл человек, причём часто в сокращённой или искажённой форме. Скажем, выходец из местечка Леттов мог получить фамилию Летау при записи в метрическую книгу.

В русском языке фамилия Летау не склоняется по падежам (мужская и женская формы совпадают). Несмотря на немецкое происхождение, она давно обрусела и встречается в документах XIX–XX веков в Санкт-Петербургской, Саратовской и Таврической губерниях. Среди носителей были и крестьяне, и мещане, и дворяне — социальный разброс обычен для фамилий немецкого корня, принесённых в Россию разными волнами миграции.