Фамилия Мельтишинова — женская форма, мужской вариант — Мельтишинов. Это достаточно редкая фамилия, и её происхождение не лежит на поверхности, но разбор по частям позволяет восстановить логику образования.

Основа «Мельтиш-» с большой вероятностью восходит к прозвищу Мельтиш или Мельтыш. В русских говорах слово «мельтешить» означает «мелькать, суетиться, маячить перед глазами». Прозвище Мельтиш могли дать человеку непоседливому, суетливому, постоянно находящемуся в движении, либо, напротив, тому, кто надоедал своим присутствием.

Суффикс «-ин» в фамилии Мельтишинова указывает на принадлежность. В русской ономастике фамилии на -ин образуются от основ, оканчивающихся на -а, -я или на мягкий согласный. Здесь мы видим основу «Мельтиш-» (согласный «ш» — мягкий), поэтому модель «Мельтиш + ин» даёт «Мельтишин» — «чей?» — «сын Мельтиша». Однако в фамилии закрепилась форма с дополнительным суффиксом -ов-: Мельтишинов. Это нередкое явление, когда к основе добавляют двойной суффикс (-ин-ов), что иногда происходило под влиянием более массовой модели на -ов или для благозвучия. Таким образом, буквальное значение — «принадлежащий Мельтишину», то есть потомок человека по прозвищу Мельтиш.

Примечательно, что фамилия могла сформироваться не в центральных, а в северных или восточных регионах России. В говорах Вологодчины, Архангельской области и Приуралья слово «мельтешить» и его производные были особенно употребительны. Кроме того, фамилии с двойным суффиксом типа -инов, -ынов (сравните Бородинов, Козьминов) чаще встречаются именно в северорусской традиции.

Версия о тюркском корне маловероятна. В тюркских языках нет близкого по звучанию слова, которое дало бы осмысленное прозвище, а попытки привязать фамилию к географическим названиям вроде Мелтис или Мелтиш не подтверждаются картами. Наиболее правдоподобное объяснение — прозвище от глагола «мельтешить», закрепившееся в нестандартной суффиксальной форме.