Фамилия Мерталова — женская форма, а её основа — мужская фамилия Мерталов. В центре внимания здесь не столько корень, сколько редкость модели. Фамилия образована с помощью патронимического суффикса -ов, который в русской традиции указывал на принадлежность («чей?» — сын Мертала). Но исходное имя или прозвище Мертал — большая редкость. В сводных словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) такая основа не фиксируется как распространённая, что сразу выделяет эту фамилию из ряда типичных «профессиональных» или «топонимических» образований.

Вероятнее всего, в основе лежит некалендарное, мирское имя Мертал. В русской ономастике известны имена, образованные от прилагательных со значением «мертвый» (Мертвой, Мертвуша), но форма Мертал выглядит как усечение или диалектный вариант. В некоторых говорах «мерталом» могли называть человека с бледным, безжизненным лицом или, напротив, того, кто пережил тяжелую болезнь и «вышел из мертвых». Вторая, менее правдоподобная версия — связь с тюркским или финно-угорским корнем, но для этого нет достаточных данных, и в Поволжье, где фамилия могла бы возникнуть на стыке культур, она не зафиксирована массово.

Особенность фамилии — её узкая география. Мерталовы встречаются в основном на юге России, в Ростовской области и Краснодарском крае, а также в центральных регионах, но крайне редко. Это говорит о том, что фамилия могла возникнуть в одной локальной группе, возможно, среди однодворцев или казачества, где мирские имена держались дольше. Суффикс -ов указывает на то, что предок носителя фамилии был не священником (у духовенства были бы -ский) и не крестьянином из западных губерний (там чаще -ич или -ук). Скорее всего, это потомок служилого человека или крестьянина, получившего прозвище по внешности или характеру.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями вроде Мертваго или Мертвецов, то Мерталова звучит мягче и менее «говоряще». В дореволюционных метрических книгах встречаются варианты написания — Мерталов, Мерталовъ, что исключает путаницу с фамилиями на -тал (например, Витал или Кристал). Таким образом, фамилия Мерталова — это редкий случай, когда прозвище, связанное с состоянием или качеством, закрепилось в документах и дошло до наших дней, не став массовым.