Фамилия Лоторева — женская форма, а мужская, Лоторев, образована по самой частотной русской модели: от основы прозвища или имени с помощью патронимического суффикса -ев. Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Лотóрева, хотя в разных регионах возможны варианты.

Корень фамилии тёмный, и здесь стоит разобраться не с ходу, а с оглядкой на возможные искажения. Прямого слова «лото́рь» в литературном русском языке нет. Самая вероятная версия — фамилия восходит к прозвищу Лото́ра, связанному с глаголом «лота́ть» (архаичное и диалектное слово, означавшее «качать», «болтать», «мотать»). В северных и сибирских говорах «лото́рить» значило «болтать без умолку», «пустословить», а «лото́ра» — болтун, пустомеля. Прозвище давали человеку говорливому, неуёмному в разговоре. Такое объяснение поддерживается моделью: основа глагола + суффикс -ор- (сравните: «говорить» — «говорун», «болтать» — «болтун», но здесь «лотать» — «лотора»).

Менее убедительная, но возможная версия — связь с тюркским именем или прозвищем Лотур (от «лот» — «грязь», «тина» в некоторых тюркских языках). Однако для фамилии, оканчивающейся на -ев, а не на -ин, тюркская основа менее характерна: -ев обычно крепится к основам на мягкий согласный или -й, а «Лотур» дал бы скорее Лотуров. Поэтому версия с русским диалектным «лотора» выглядит предпочтительнее.

Географически фамилия редкая и не имеет выраженного гнезда. В дореволюционных метрических книгах Лоторевы изредка встречаются в центральных губерниях России и на Урале, что косвенно подтверждает севернорусское или волжское происхождение прозвища. Сословно — почти наверняка крестьянская или мещанская фамилия: дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Если отбросить версии и посмотреть на звучание, можно заметить, что фамилия легко путается с более известной Лотаревой (от имени Иларион, в просторечии Ларион → Лотар). Но Лоторева — самостоятельное образование, и её корень уходит не в церковное имя, а в живую народную речь, в меткое прозвище, данное за характер.