Фамилия Мильтых — яркий представитель северорусской модели фамилий на -ых/-их. Она не склоняется и отвечает на вопрос «Чей?»: Мильтых — из семьи Мильтых. Такие фамилии (Косых, Седых, Малых) были особенно распространены в Архангельской, Вологодской, Вятской губерниях и в Сибири, куда переселенцы принесли эту традицию. Уже по суффиксу можно с уверенностью сказать: корни фамилии — в Русском Севере.

Основа фамилии — прозвище Мильтой (или Мильтый). В говорах слово «миль» или «милый» могло иметь не только ласкательное, но и ироничное значение: так могли называть излишне ласкового, льстивого человека, а то и просто «любимчика», баловня. Суффикс -ых указывает на принадлежность: «из дома Мильтого» или «Мильты — это люди Мильтого».

В ономастических справочниках фамилия Мильтых не частотна, что говорит о её локальном бытовании. Сравните с однокоренными Милых, Милов, Мильчаков — все они восходят к той же основе «мил-», но через разные словообразовательные модели. Вероятнее всего, предок носителя фамилии жил в небольшой деревне или в среде, где прозвища легко закреплялись за целым родом.

Интересно, что написание «Мильтых» с мягким знаком в середине — не ошибка. В северных говорах звук [л] перед мягким согласным смягчался, и это отразилось на письме. В метрических книгах XIX века можно встретить и вариант «Милтых», и «Мильтых»: оба фиксировали местное произношение. Так что фамилия — не только отпечаток прозвища, но и живая запись диалектной фонетики.