Фамилия Мылтусова — редкая и звучит непривычно для русского уха, что сразу указывает на её нерусское происхождение. Скорее всего, перед нами русифицированная версия фамилии, корни которой ведут в тюркскую языковую среду. Основа «мылтус» (или «мылтыс») в тюркских языках, например, в казахском или башкирском, означает «ружьё», «винтовка». Человек мог получить прозвище Мылтус (Мылтыс) по роду занятий — как оружейник, охотник или, возможно, как меткий стрелок.

Модель образования фамилии — присоединение русского патронимического суффикса -ов (-а) к тюркскому прозвищу. Суффикс указывает на принадлежность: «сын (или дочь) Мылтуса». Такой способ русификации был массовым в XVI–XIX веках, когда нерусское население Поволжья, Урала и Сибири попадало в сферу влияния Российской империи и получало фамилии по русскому образцу. В данном случае окончание -а (Мылтусова) — женская форма, но сама фамилия склоняется по мужскому роду как Мылтусов.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически жили тюркские народы: это Башкортостан, Татарстан, Оренбургская и Челябинская области. Есть также вероятность, что основа восходит к диалектному русскому слову «мылтыс» (неуклюжий, неповоротливый человек), но это предположение слабее: слово это крайне редкое и локальное, а тюркский корень с конкретным значением «ружьё» встречается в фамилиях чаще и логичнее объясняет прозвище.

Сословно предки Мылтусовых могли быть государственными крестьянами или казаками, поскольку именно в этих средах активно смешивались русские и тюркские антропонимические традиции. Дворянских корней у фамилии, скорее всего, нет — в «Бархатной книге» и других родословных сборниках она не фиксируется. Фамилия осталась в низовых слоях населения, что типично для поздних русифицированных прозвищ.