Фамилия Мотосова происходит от мужского мирского имени Мотос — так в старину называли торопливого, нетерпеливого человека. Славянское имя Мотос родственно глаголу «мотаться» в значении «спешить, суетиться». Чаще всего так могли назвать сына, родившегося раньше срока: имя закрепляло за ним черту, которая, как верили, определила его появление на свет.

Фамилия образована по стандартной для русских фамилий модели: к основе Мотос добавили патронимический суффикс -ов, и потомок человека по имени Мотос стал писаться Мотосовым. Женская форма Мотосова — та же фамилия, но с окончанием, указывающим на принадлежность женщине. По сути, это ответ на вопрос «чьих будете?»: из рода Мотоса.

Документальные следы фамилии уходят в XVII век. В Севских книгах 1687 года упоминаются пушкари Хоритон, Понтелей, Иван и Александр Мотосовы. Это ценное свидетельство: оно показывает, что уже тогда фамилия бытовала в служилой среде, среди людей, которые несли военную службу с огнестрельным оружием. Пушкари были людьми посадскими или служилыми, и их имена в переписных книгах — редкая удача для исследователя, ведь о простых сословиях того времени сохранилось немного записей.

Стоит отметить, что имя Мотос не было каноническим, церковным. Его давали в быту, чтобы отличить человека от тёзок, и такие имена часто отражали характер или обстоятельства рождения. Поэтому версия о «торопящемся» — основная, но не единственная. В некоторых говорах «мотосом» называли беспокойного человека, который всё время куда-то бежит, или, наоборот, того, кто быстро тратит деньги, мотает добро. Однако для фамилии более вероятно первое значение — прозвище по поведению, а не по отношению к имуществу.

Родственных фамилий у Мотосова несколько: Мотосов, Мотос, Мотосев. Все они держатся на одном корне и различаются лишь суффиксами, которые менялись в зависимости от местной традиции оформления семейных прозваний. Встречаемость фамилии сегодня невысока, что типично для имён, не попавших в святцы: такие фамилии остались локальными и не разошлись широко по стране.