Фамилия Митльшин — редкая и неочевидная с первого взгляда. Её основа «Митльш-» не встречается в современных русских словарях, поэтому разбирать её нужно через словообразовательную модель и возможные заимствования.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Митльшин буквально означает «сын или потомок Митльши». В русской ономастике фамилии на -ин чаще всего образовывались от прозвищ или имён, оканчивающихся на -а/-я (ср. Пушкин от Пушка, Ильин от Илья). Значит, исходное прозвище или имя — Митльша.

Самое правдоподобное объяснение — иноязычное происхождение. Основа «Митль-» может восходить к тюркским или финно-угорским корням. В тюркских языках есть слово «мит» (с разными значениями — от «сильный» до «обман»), а суффикс -ль- мог быть частью прозвища. В финно-угорских языках (например, в коми или удмуртском) встречаются фамилии с похожей структурой, где «мит» связано с понятием «мед» или «сладкий». Тогда Митльша — человек, связанный с бортничеством или торговлей мёдом.

Возможна и более прозаическая версия: Митльшин — это искажённое в устной речи отчество от немецкой фамилии Миттель или Митлер. В XVIII–XIX веках в Россию приезжали немецкие колонисты, чьи фамилии русифицировались с добавлением -ин. Например, Миттель мог превратиться в Митльшин через форму Миттельша.

Географически фамилия Митльшин почти не зафиксирована в центральных областях России. По данным современных справочников, единичные носители встречаются на Урале и в Западной Сибири — регионах активного смешения русского, тюркского и финно-угорского населения. Это косвенно подтверждает версию о тюркском или финно-угорском корне.

В любом случае, предок носителя фамилии Митльшин был человеком с необычным прозвищем — либо по занятию (пчеловод, переселенец), либо по этническому признаку (выходец из немецких колоний). Написание фамилии устойчивое, без вариантов, что говорит о позднем оформлении — скорее всего, в XIX веке, когда фамилии уже фиксировались в метриках.