Фамилия Пахтелева — женская форма фамилии Пахтелев, и её разбор стоит начать с редкого суффикса -елев. В русской фамильной модели суффикс -ев обычно присоединяется к основам на мягкий согласный или на -й (Иван — Иванов, но Илья — Ильин, а Алексей — Алексеев). Здесь же мы видим -елев, что указывает на основу, оканчивающуюся на -ель. Это сразу отсекает самые частые версии: фамилия не от имени Пахом (там было бы Пахомов) и не от прозвища с корнем «пахта» (пахтать масло), где ожидался бы суффикс -ин.

Основа «Пахтел» — это, скорее всего, прозвище или мирское имя. В старых русских говорах слово «пахтель» могло означать человека медлительного, тяжелого на подъем, от глагола «пахтать» в переносном смысле — «медленно работать, возиться». Однако есть и другая, более конкретная версия: в тверских и псковских диалектах «пахтель» — это название песта для толчения чего-либо в ступе, а также самого процесса толчения. Прозвище Пахтель могли дать крестьянину, который занимался обдиркой зерна или толчением круп, — работа нехитрая, но требовавшая силы и терпения.

Фамилия явно севернорусского или центрального происхождения: суффикс -ев при прозвищах на -ель характерен для владимирских, ярославских, костромских земель. В южнорусских говорах такое слово могло звучать иначе, и фамилия приняла бы форму Пахтилев или Пахтелёв (с ударением на конце, что встречается у донских казаков). Написание через «е» после «т» — Пахтелев — закрепилось в письменных документах, хотя в быту фамилию могли произносить с «ё»: Пахтелёв.

Сословно Пахтелевы, скорее всего, крестьяне или посадские люди. В дворянских родословных книгах эта фамилия не встречается, а в ревизских сказках и метрических книгах XIX века она фиксируется в основном в сельской местности. Интересно, что однокоренные фамилии — Пахтеев, Пахтин, Пахтусов — имеют другую словообразовательную историю: например, Пахтусов связан с именем Пахтус (от греческого Пахомий), а Пахтеев — это уже вариант отчества от Пахтей (той же основы, что Пахом). Пахтелев стоит особняком, и его носители могут проследить свою родословную до конкретного прозвища, а не до церковного имени.