Фамилия Мартолис — редкий случай, когда основа не славянская, а её оформление подсказывает, что перед нами скорее всего искусственная или книжная фамилия, возникшая в среде еврейских общин Восточной Европы. Суффикс -ис (встречающийся в латышских фамилиях, но не только) здесь не указывает на происхождение из Прибалтики — в данном контексте он работает как грецизированное окончание, похожее на то, что мы видим в фамилиях типа Парис или Адонис.

Сам корень «Мартол» почти наверняка восходит к греческому μάρτυς (mártys) — «свидетель», а в христианской традиции — «мученик». В русском языке это слово дало «мартиролог» (список мучеников). Но фамилия Мартолис не русская и не церковная: она могла появиться как прозвище или память о месте в синагогальной практике. В еврейской среде фамилии на -ис часто давали по названию профессии или по личному качеству, переосмысленному через иврит или идиш. Однако прямой связи с ивритским корнем здесь нет — это заимствование из греческого через славянское посредство.

Вероятнее всего, фамилию получил человек, чей предок был связан с записью или ведением списков — возможно, писарь в общине, который фиксировал имена умерших для поминовения. В документах XIX века на территории черты оседлости (Польша, Украина, Белоруссия) фамилия Мартолис встречается единично, что говорит о её локальном характере. Она не попала в массовые списки, составлявшиеся по указу 1804 года для еврейского населения Российской империи, а значит, могла быть присвоена позже, при переписях второй половины XIX века, или же просто не получила широкого распространения из-за редкости носителей.

Другая, менее вероятная версия — связь с итальянским словом martello («молот») через диалектное произношение, но для Восточной Европы это экзотика. Если бы фамилия была славянской, мы ждали бы окончания -ов или -ин, но его нет, что и выдаёт нестандартный путь образования. Сегодня Мартолис — фамилия, которую можно встретить у потомков эмигрантов из Российской империи в США, Израиле и Германии, но в России она остаётся крайне редкой.