Фамилия Летемин — одна из тех, где на первый взгляд ясный корень обманчив. В ней слышится «лето», но в основе, скорее всего, не время года, а древнерусское нецерковное имя или прозвище Летяга. В старину летягой называли белку-летягу — зверька проворного, юркого, способного планировать между деревьями. Прозвище могли дать человеку быстрому, подвижному или тому, кто умел ловко уворачиваться от неприятностей. Суффикс -ин указывает на притяжательную форму: Летемин буквально означает «сын Летеги» или «из семьи Летеги».

Форма Летемин, а не ожидаемая *Летегин, — результат фонетического изменения. В русских говорах сочетание «г» перед «и» могло смягчаться и переходить в «м» под влиянием других слов или диалектного произношения. Такая замена встречается нечасто, но фиксируется в северных и вологодских говорах, где «летёмой» могли называть не только белку, но и непоседливого ребенка. Таким образом, фамилия Летемин — это не про календарь, а про живой характер предка.

Другая версия, менее вероятная, связывает фамилию с глаголом «лететь» или словом «лето» в значении «год». В этом случае Летемин мог быть прозвищем человека, родившегося в определённое время, или того, кто «летает» в переносном смысле — мечтателя. Однако против этой гипотезы говорит суффикс -ин, который обычно присоединяется к основе на -а или согласный, а не к слову «лето» в именительном падеже.

По данным переписей XIX века, носители фамилии Летемин встречались в Вятской и Пермской губерниях, что подтверждает севернорусское происхождение. В тех краях слово «летяга» было в ходу, а фамилии на -ин от прозвищ животных — обычное дело. Сословно предки, скорее всего, относились к государственным крестьянам или однодворцам, то есть не были ни дворянами, ни крепостными.

В написании фамилии возможны варианты Летемин и Летямин, но первый закрепился как основной. Редкость фамилии объясняется тем, что исходное прозвище Летяга не было массовым, а фонетический переход в Летема — явление локальное.