Фамилия Молтуков — редкий случай, когда прозвище, скорее всего, описывало не внешность или характер, а манеру речи. Основа «молтук» в русских говорах напрямую связана с глаголом «молотить» — но не в прямом смысле работы цепом, а в переносном: «молотить языком» означало говорить быстро, без умолку, иногда бестолково. В словарях диалектов встречается слово «молтун» — болтун, пустомеля. «Молтук» — та же модель, но с другим суффиксальным оформлением, характерным для прозвищ в северных и центральных областях России. Таким образом, первый носитель фамилии получил её за привычку тараторить или за склонность к пустым разговорам.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: «чей?» — Молтуков, то есть сын или потомок Молтука. Интересно, что фамилия не попала в массовые списки дворянских родов и не была распространена среди духовенства — это указывает на её крестьянское или посадское происхождение. В дореволюционных переписях она встречается спорадически, чаще всего в Вологодской, Костромской и Вятской губерниях — как раз в зоне бытования северных говоров, где слово «молтун» было в ходу.

Существует и альтернативная, менее убедительная версия: от тюркского имени Молтук или прозвища со значением «сильный», «крепкий». Но она не находит серьёзной поддержки, поскольку в тюркских языках корень «молт» не даёт устойчивой антропонимической основы, а в русской среде фамилия органично вписывается в ряд «Болтуков», «Говорунов», «Тараторов» — все они образованы по одному принципу от прозвищ, связанных с речью.

Однокоренные фамилии — Молтунов, Молотков — не являются вариантами написания. Молотков образован от «молот» (инструмент), а Молтунов — от более стандартной формы «молтун». Молтуков же стоит особняком, сохранив редкую суффиксальную форму, которая и делает фамилию узнаваемой.