Фамилия Мелеусов — редкий случай, когда на виду оказывается не корень, а суффикс. Перед нами модель на -усов, которая в русских фамилиях встречается намного реже, чем стандартные -ов/-ев или -ин. Такое окончание почти всегда указывает на то, что в основе лежит не славянское, а тюркское или греческое имя или прозвище, которое при заимствовании в русский язык получило типичный русский фамильный суффикс. Если бы фамилия была образована напрямую от славянского слова, мы бы ждали форму вроде Мелехов или Мелеев.

Самая вероятная основа — тюркское имя Мелеус. В тюркских языках корень «меле» может быть связан со значением «ангел» или «посланник» (от арабского «маляк» через тюркское посредство). В таком случае Мелеус — это либо уменьшительно-ласкательная форма от имени, означающего «ангел», либо местный вариант арабского имени Малик (царь, владыка), адаптированный под фонетику конкретного тюркского диалекта. Суффикс -ус мог закрепиться в результате того, что имя прошло через греческую или церковнославянскую передачу, где окончание -ус часто добавляли к восточным именам (сравните: Иисус, Матфей — Матфеус, хотя в бытовой среде это редкий случай).

Менее правдоподобна, но возможна версия от прозвища, связанного с диалектным словом. В южнорусских говорах встречается глагол «мелеусить» — говорить сбивчиво, путано, болтать вздор. Однако эта версия слабее: от такого глагола скорее образовалась бы фамилия Мелеусин или Мелеусинов, а не Мелеусов. К тому же, глагол редкий и локальный, а фамилия Мелеусов, судя по разрозненным данным, встречается не только на юге России, но и в Поволжье и Приуралье — зонах активных русско-тюркских контактов.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где издавна жили татары, башкиры и чуваши, — Оренбургская, Челябинская, Самарская области. Это дополнительный аргумент в пользу тюркского происхождения. Предки Мелеусовых, скорее всего, были крещёными татарами или башкирами, либо русскими, взявшими в основу фамилии тюркское имя соседа или родственника. В любом случае, фамилия хранит память о межэтническом контакте, который в XVI–XVIII веках был обычным делом на восточных окраинах Московского государства.