Фамилия Мартирлсян — наглядный пример того, как при переносе слова из одной письменной системы в другую может возникнуть графическая аномалия. В русском языке буква «я» после «р» в такой позиции — редкость. Скорее всего, перед нами не исконно русская фамилия, а запись армянской фамилии Мартиросян (Мартиросѧн) на слух или по неверному прочтению рукописного текста, где «о» приняли за «я». В армянском оригинале фамилия звучит как Մարտիրոսյան и образована от имени Мартирос — армянского варианта греческого имени Мученик. Суффикс -ян (или -янц) указывает на принадлежность к роду: «из дома Мартироса». Таким образом, предок носителя этой фамилии, вероятно, был человеком по имени Мартирос, то есть «мученик» в христианском понимании.

Если же фамилия действительно писалась как Мартирлсян с «я» изначально, то можно предположить редкий вариант, возникший в результате диалектного произношения или ошибки писаря. В любом случае, географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически расселялись армяне — Закавказье, Ставрополье, Кубань, а также крупные города России, куда переселялись носители в XIX–XX веках. Сословная принадлежность типична для армянских фамилий: среди предков могли быть и ремесленники, и купцы, и священнослужители, но без дополнительных генеалогических данных выделить что-то одно невозможно.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Мартиросян, Мартиросов, Мартиросовский) показывает, что написание Мартирлсян — маргинальное и встречается в единичных записях. Оно не зафиксировано в классических ономастических словарях (например, у Унбегауна или Никонова), так как относится к числу орфографических вариантов, возникших при паспортизации. Для читателя, ищущего свою фамилию, это означает, что её корень — имя Мартирос, а написание с «я» — скорее всего, случайность или местное искажение.