Фамилия Мльцева — редкий случай, когда написание говорит о произношении больше, чем кажется. На первый взгляд, сочетание «мль» выглядит необычно для русского языка, но на самом деле это просто фонетическая запись: в беглой речи между «м» и «л» не было и нет гласной, отсюда и графическое «мль». Основа фамилии — прозвище или мирское имя Мльц (или Млец), которое восходит к глаголу «млеть» — цепенеть, замирать, терять чувствительность. В старину так могли назвать медлительного, вялого человека либо того, кто часто впадал в задумчивость, «обмирал» от страха или стужи.

Суффикс -ев- (в форме Мльцев, а женский вариант — Мльцева) указывает на принадлежность: «чей?» — сын или дочь Мльца. По модели образования это типичная русская фамилия, но с нестандартной огласовкой корня. Встречаются варианты написания через «е» — Млецев, Млецова, но форма с «ь» точнее передаёт диалектное или просторечное произношение, где редуцированная гласная выпала.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России — там, где в говорах сохранялось цоканье (смешение «ц» и «ч») и где «млеть» бытовало в значении «зябнуть, коченеть». В писцовых книгах XVI–XVII веков можно найти крестьян с прозвищем Млец, но в фамильной форме Мльцевы фиксируются позже, в основном в среде государственных и помещичьих крестьян. Дворянских родов с такой фамилией не известно — это однозначно крестьянская или мещанская фамилия, возникшая из уличного прозвища.

Сегодня фамилия Мльцева — одна из самых редких: по открытым данным, её носят не более нескольких десятков человек в России. Правописание с мягким знаком после «м» часто вызывает вопросы при заполнении документов, но именно оно — исторически верное, сохранившее живую речь предков.