Фамилия Нестратов на первый взгляд кажется простой, но её корень ставит перед исследователем сразу несколько загадок. В отличие от большинства русских фамилий на -ов, образованных от крестильных имён или названий профессий, основа «Нестрат» неочевидна. Самое вероятное объяснение — это искажённая форма канонического имени Евстратий (в просторечии — Евстрат). В русской народной традиции начальное «Ев» нередко отпадало: Евстрат превращался в Страта, а с отрицательной частицей «не» — в Нестрата. Так могли в быту называть ребёнка, которого «не стратили», то есть не нарекли полным именем, или же это была просто обиходная форма, закрепившаяся в документах.

Вторая версия, менее распространённая, но имеющая право на существование, — происхождение от прозвища Нестрат. В южнорусских и украинских говорах «нестрат» могло означать человека нерачительного, не умеющего «стратить» (тратить) с умом, или, наоборот, того, кто ничего не тратит попусту — скуповатого. Однако эта гипотеза слабее, так как не подкреплена широкой диалектной базой, в отличие от имён с отпадением начального слога.

Суффикс -ов указывает на типичную отчествообразующую модель: Нестратов — буквально «сын Нестрата». Фамилия относится к числу редких и территориально привязана к центральным и южным областям России, где имя Евстратий было более употребительно в крестьянской среде. Встречаются также варианты написания через «а» — Нестратов, что связано с акающим произношением, но в документах чаще фиксируется форма с «е».

Интересно, что фамилия Нестратов не имеет отношения к слову «страх» или «страта», как может показаться на слух. Ономастика здесь парадоксальным образом соединяет греческое имя (Евстратий переводится как «добрый воин») с русским бытовым сокращением. Таким образом, предки носителей этой фамилии, скорее всего, были обычными крестьянами или посадскими людьми, которых в церковных записях записывали по отцу — Нестрату, а тот, в свою очередь, носил разговорную версию церковного имени.