Фамилия Нафтулина — один из тех редких случаев, когда в основе лежит не славянское, а еврейское личное имя, причем в диалектной или просторечной форме. Исходное имя — Нафтула, вариант библейского имени Неффалим (ивр. Нафтали, «борющийся»). У восточноевропейских евреев, особенно в местечках черты оседлости, имя Нафтула было распространено как обиходная форма, и от него по модели русского притяжательного суффикса -ин образовали фамилию: буквально «дочь (или жена) Нафтулы».

Суффикс -ин здесь указывает на принадлежность, что типично для русских фамилий, но в данном случае приставлен к еврейскому корню. Это не единичный случай: фамилии вроде Нафталин, Нафтулов, Нафтулович встречаются в документах XIX–XX веков. Окончание -а (Нафтулина) указывает на женскую форму — в русской традиции так фиксировали фамилию жены или вдовы, но к концу XIX века это уже просто грамматический род, не связанный с полом носителя.

Географически фамилия тяготеет к западным и юго-западным губерниям Российской империи — Волынской, Подольской, Киевской, а также к Бессарабии. В этих местах было много еврейского населения, и фамилии на -ин от личных имен (Абрамин, Беркин, Ицкин) были обычной практикой при записи в метрические книги. Нафтулина — одна из таких «патронимических» фамилий, где основа — имя отца, а не прозвище или ремесло.

Встречается и другой, менее вероятный вариант: от тюркского слова «нафт» (нефть) с суффиксом -ула, но это экзотическая версия, не подтвержденная ни массовостью, ни типичной географией. Гораздо правдоподобнее, что предок носителя фамилии был просто Нафтулой — обычным человеком, чье имя дало начало фамильному гнезду.