Фамилия Натуральная — редкий случай, когда прилагательное в женском роде стало фамилией. Скорее всего, перед нами не исконно русская фамилия, а поздняя, искусственная или семинарская. В Российской империи такие фамилии нередко давали воспитанникам духовных училищ и семинарий. Прилагательное «натуральный» в XVIII–XIX веках имело значение «естественный, природный, настоящий». Семинаристу с такой фамилией могли намекать на его простоту, искренность или, наоборот, на склонность к естественным наукам.

Другая версия — фамилия могла возникнуть в среде крещёных инородцев или обрусевших немцев. В немецком языке слово «Natur» (природа) могло лечь в основу прозвища, которое затем русифицировали. Но эта гипотеза слабее: массового перевода немецких фамилий прилагательными в женском роде не было.

Третий, совсем редкий путь — происхождение от прозвища. В говорах «натуральный» иногда означало «своенравный, с характером». Если человека называли «натуральный», то есть «такой, какой есть», без притворства, то прозвище могло закрепиться за его потомками. Однако для крестьянской среды такая модель нетипична: обычно прозвища давали в мужском роде («Натурал»), а фамилию образовывали от него через суффикс -ов или -ин.

Суффикс -ая указывает на то, что фамилия застыла в форме прилагательного. В русской ономастике это характерно для фамилий на -ский/-цкий (например, Троицкая, Рождественская), но для «чистого» прилагательного без суффикса — редкость. Такие фамилии встречаются в южных и западных регионах, особенно среди казачества и однодворцев, где бытовали фамилии-прилагательные (Толстая, Кривая, Голая), но «Натуральная» среди них не упоминается в известных словарях.

Итак, наиболее вероятно, что фамилия Натуральная — искусственная, семинарская, данная по качеству или предмету обучения. Она не уходит корнями в древнерусские прозвища, а появилась в XVIII–XIX веках в среде духовенства или, реже, в результате русификации иноязычного прозвища. География её бытования, скорее всего, ограничена центральными губерниями и городами с духовными училищами.