Фамилия Митителов — редкий случай, когда корень слова сохранил почти без изменений то самое прозвище, от которого фамилия произошла. В основе лежит глагол «митить» или «метитить», который в южнорусских и украинских говорах означал «целиться», «наводить на цель», «примериваться для удара». Соответственно, Митителом называли меткого стрелка, ловкого охотника или человека, который умел точно бить с одного раза. Прямое, почти прозрачное значение — «тот, кто метит, целится».

Модель образования проста и архаична. Суффикс -тел- (от древнерусского -тель) в данном случае — не книжный суффикс деятеля (как в словах «учитель», «строитель»), а народный, разговорный, характерный для прозвищ. Такие формы как «метатель», «стрелятель» в живой речи превращались в «мититель», а затем, под влиянием акающего произношения, в «мититела». Фамилия закрепилась в форме притяжательного прилагательного на -ов: Митителов — сын Мититела.

География фамилии указывает на южнорусские области, прежде всего на бывшие земли Войска Донского и Кубани. В казачьей среде меткая стрельба ценилась превыше всего, и прозвище Мититело могло стать почётным знаком отличия. Встречается фамилия и в украинских говорах, где «мітити» означает то же самое, а суффикс -тел- так же естественен для прозвищ, как и в русских диалектах.

Примечательно, что фамилия почти не имеет вариантов написания. В отличие от многих прозвищных фамилий, которые «обкатывались» до неузнаваемости (например, Стрельцов от «стрелец»), Митителов сохранил исходную основу в целости. Это говорит о том, что прозвище возникло достаточно поздно, уже после закрепления фамильной традиции, или же в замкнутой среде, где форму не переиначивали на «московский» лад. С точки зрения редких фамилий, Митителов — ценный пример прямой, неискажённой связи между прозвищем и современной фамилией.