Фамилия Натаниель стоит особняком в русском ономастиконе. Она не образована по привычным моделям с суффиксами -ов, -ин или -ский, а представляет собой полную форму библейского имени Натанаил (Nathaniel), которое в русской традиции закрепилось через церковнославянский язык. Это имя переводится с древнееврейского как «дар Божий» или «Бог дал». Соответственно, фамилия Натаниель — это не что иное, как патроним в чистом виде, то есть «потомок того, кого звали Натанаилом».

В русской среде такие фамилии — редкость. Обычно библейские имена «обрусевали», обрастая суффиксами: из Натанаила получался Натанов или Натанаилов. Сохранение полной формы имени в качестве фамилии характерно для нескольких групп населения. Это могли быть потомки священнослужителей, где библейские имена давали при постриге или при крещении, и фамилия фиксировалась в семинарском списке без изменений. Другой вариант — еврейские семьи, особенно в среде ашкеназов, где фамилии нередко брали прямо от мужского имени, без русификации. Встречается эта фамилия и у потомков иностранцев (англичан, немцев), переселившихся в Россию, для которых имя Nathaniel было привычным, а фамилия закрепилась в документах.

С точки зрения словообразования, фамилия Натаниель не имеет суффиксальной модели — она «непроизводная». Это её главная особенность: она не отвечает на вопрос «чей?», а прямо указывает на личное имя предка. В русском языке у неё нет вариантов склонения, характерных для обычных фамилий (она не склоняется как существительное мужского рода, оставаясь неизменной). Встречается она крайне редко, и её носители могут с равной вероятностью иметь корни в духовенстве, в еврейских общинах или в среде переселенцев из Западной Европы. Спорных версий происхождения здесь практически нет: все лингвисты сходятся на том, что это прямое заимствование библейского антропонима.