Фамилия Неандерталец стоит особняком в русском ономастиконе. Если подавляющее большинство фамилий образовано от имён, прозвищ или профессий, то эта напрямую восходит к научному термину — названию ископаемого вида человека. В русском языке слово «неандерталец» закрепилось в конце XIX века, после открытия черепа в долине Неандерталь (Германия) в 1856 году.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: суффикс -ец указывает на принадлежность к какой-либо группе или местности (ср. «горец», «иностранец»). Основа — топоним Неандерталь, где «таль» по-немецки означает «долина». Таким образом, буквально фамилия означает «житель долины Неандер», но в русском контексте её смысл полностью переосмыслен: она отсылает к древнему человеку, а не к географическому пункту.

Вероятнее всего, фамилия Неандерталец — не древняя, а поздняя, искусственная. Её могли дать в семинарской среде (среди выпускников духовных училищ иногда встречались фамилии, образованные от научных или книжных понятий) или получить как прозвище за внешность — например, за массивные надбровные дуги, сутулость или необычную походку. В крестьянской среде, где фамилии часто возникали стихийно, такое прозвище могло закрепиться за человеком, которого соседи сравнивали с «древним человеком» из-за его грубоватых черт или отсталости в быту.

Вторая, менее правдоподобная версия — что фамилия происходит от реального, но не сохранившегося в источниках немецкого топонима Neandertal, и предок носителя был выходцем из этой долины. Однако против этого говорит окончание -ец: в русской традиции выходцы из немецких земель чаще получали фамилии на -ов, -ин или -ский (например, Немцов, Берлинский). Форма на -ец характерна для прозвищ и книжных заимствований.

В современных справочниках фамилия Неандерталец встречается крайне редко. Она не входит в списки распространённых русских фамилий, и её носители, скорее всего, единичны. Это делает её уникальным случаем, когда прозвище, данное по внешнему сходству с доисторическим человеком, закрепилось в документах и передалось потомкам.