Фамилия Палтаев нечасто встречается, но её происхождение можно проследить довольно уверенно. В основе лежит имя или прозвище Палтай, а суффикс -ев указывает на отчество: «сын Палтая». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ и нецерковных имён.

Корень «палт» в русских говорах имеет несколько значений. В северных и сибирских диалектах «палта» или «палтус» — это рыба, родственная камбале. Прозвище Палтай могли дать рыбаку, торговцу рыбой или человеку с широким, приплюснутым носом, напоминающим эту рыбу. В словаре Владимира Даля зафиксировано слово «палтать» в значении «бить, колотить» — в этом случае Палтаем могли назвать драчуна или неуравновешенного человека.

Есть и другая версия, связанная с тюркскими языками. В казахском, башкирском и татарском языках слово «балта» означает «топор». С озвончением начального звука (б → п) и добавлением аффикса -ай могло образоваться прозвище Палтай — «топорик», «крепкий как топор». Такие имена встречались у башкир и татар, а фамилия Палтаев могла возникнуть при русификации тюркских отчеств. В пользу этой версии говорит и то, что фамилия Палтаев довольно распространена в Оренбургской области, Башкортостане и Татарстане — регионах с давними русско-тюркскими контактами.

Что касается социального происхождения, то в XIX веке Палтаевы чаще всего были государственными крестьянами или казаками. Фамилия не дворянская, не купеческая — её носители жили в сёлах и станицах, занимались земледелием, рыболовством или ремёслами. В архивных записях по Оренбургской губернии встречаются Палтаевы среди казаков Уральского войска, что подтверждает региональную привязку фамилии к степным и приуральским территориям.