Фамилия Мителский — редкий случай, где географическая привязка почти наверняка перевешивает прозвищную или профессиональную основу. Суффикс -ск- однозначно указывает на происхождение от названия места: так в русской традиции оформлялись фамилии дворян, духовенства и выходцев из определённой местности. В основе лежит топоним Мителы, Мител или Митель — и здесь начинается главная загадка.

Скорее всего, исходное название — Мителы. В псковских и тверских говорах «митель» означало метель, вьюгу. Если поселение назвали Мителы (например, деревня, стоящая на открытом ветреном месте), то житель такой деревни получал прозвище «мителский», то есть «из Мителов». Со временем прозвище закрепилось как фамилия. Альтернативная версия — связь с личным именем Митя (уменьшительное от Дмитрий) через форму Мител (Мителка). Тогда фамилия Мителский означала бы «сын Митела», но такая словообразовательная модель для русского языка нетипична: от имени на -а обычно образуют фамилии на -ин (Мителин), а не на -ский.

Написание с одним «с» — Мителский, а не Мителлевский или Мительский — подтверждает, что фамилия не польского или украинского происхождения (там чаще встречается двойное «л» и суффикс -овский). В дореволюционных метрических книгах эта фамилия встречается крайне редко, в основном на северо-западе России — в Новгородской и Псковской губерниях. Носители её, вероятно, были либо крестьянами из одноимённой деревни, либо священниками, получившими фамилию при окончании семинарии по названию прихода.

Точных сведений о дворянстве Мителских нет. Если фамилия и фиксировалась в родословных книгах, то, скорее всего, в числе личных дворян или разночинцев. В современной России фамилия остаётся малочисленной и локальной, что только подтверждает её происхождение от конкретного, ныне, возможно, исчезнувшего селения.