Фамилия Немтырёв образована от прозвища Немтырь — и здесь сразу возникает развилка, потому что у этого слова в народной речи было несколько значений. Самое прямое, зафиксированное в «Толковом словаре живого великорусского языка» В. И. Даля, — человек, от природы лишённый речи, глухонемой. Но прозвище не всегда указывало на реальный физический недостаток: так могли в быту назвать ребёнка, который поздно заговорил, или просто очень молчаливого, неразговорчивого человека.

Даль приводит и другое значение: «немтырь» — это немец, а шире — любой иностранец с запада, который не говорит по-русски. В этом смысле прозвище могло закрепиться за приезжим европейцем, поселившимся среди русских, или за человеком, который косноязычно коверкал слова. Есть и третья версия, менее очевидная: в архангельских говорах глагол «немтовать» означал «калякать, болтать, лепетать». Если прозвище связано с ним, то Немтырём могли окрестить, наоборот, говорливого балагура. Какая из версий правдоподобнее — сказать трудно, но первая, связанная с немотой или молчаливостью, встречается чаще: прозвища по особенностям речи и поведения давали людям повсеместно, а вот значение «иностранец» было более локальным.

Суффикс -ыр- в основе слова придаёт прозвищу сниженный, бытовой оттенок — так в народе нередко образовывали имена с лёгкой насмешкой или укоризной. Фамилия же сложилась по стандартной модели: к прозвищу Немтырь добавили притяжательный суффикс -ёв, и получилось «сын Немтыря», то есть Немтырёв. Такая схема типична для русских фамилий, оформившихся в XV–XVII веках, когда прозвища отца начинали передаваться детям уже как родовое имя.

О точном месте возникновения фамилии говорить сложно — процесс формирования фамилий шёл неравномерно, в разных землях и сословиях в разное время. Но по характеру основы можно предположить, что предки Немтырёвых жили в северных или центральных русских говорах, где слово «немтырь» было в ходу. Сама фамилия сохранила память о живом народном слове, которое сегодня почти вышло из употребления, и в этом её ценность как памятника русской речи и культуры.