Фамилия Немтышкина — женская форма фамилии Немтышкин, которая образована от прозвища или нецерковного имени Немтышка. В основе лежит прилагательное «немтый» — диалектный вариант слова «немой», то есть лишённый дара речи. Суффикс -ышк- в русских прозвищах часто придаёт слову уменьшительно-ласкательный или пренебрежительный оттенок (сравните: зайка — зайчишка, малый — малышка). Так Немтышкой в северных и центральных говорах могли назвать неразговорчивого, молчаливого человека, либо того, кто говорил невнятно, «немто» — то есть нечисто, с дефектом речи.

Интересная деталь: в псковских и тверских говорах существовало слово «немтырь» — угрюмый, нелюдимый человек. Фамилия Немтышкин, скорее всего, возникла именно в этих регионах. Модель образования на -ышк-ин — редкая, она встречается реже, чем стандартные -ов/-ев или -ин. Это указывает на то, что прозвище Немтышка было устойчивым и бытовым, а не книжным или официальным. Родственные фамилии — Немтырев, Немтырёв, Немой, Немов.

Версия о связи с тюркским корнем (например, от слова «немты» — «не знающий») маловероятна: фамилия явно славянская по словообразованию, и ареал её бытования — исконно русские области. Сословная принадлежность первых носителей неизвестна, но суффикс -ышк- в прозвищах чаще встречался в крестьянской и посадской среде, где давали меткие, «домашние» прозвища.