Фамилия Пальтохин — одна из тех, где внешняя форма обманчива. На первый взгляд кажется, что в основе лежит слово «пальто», но это маловероятно: одежда такого покроя вошла в обиход в России только в XIX веке, а фамилии массово формировались раньше, в XV–XVII веках. К тому же суффикс -ин указывает на происхождение от существительного мужского рода на -а или -я: Пальтоха, а не от среднего рода «пальто».

Правдоподобных версий две, и обе ведут к прозвищам. Первая: Пальтоха — это вариант имени или прозвища Палка, Палька. В русских говорах «пальтоха» могли назвать неуклюжего, прямого как палка человека, либо того, кто ходил с посохом или дубиной. Вторая версия связывает фамилию с диалектным словом «паль» — так в некоторых областях называли палку, кол или даже пожог в лесу. Человек по прозвищу Пальтоха мог быть либо долговязым и худым, либо иметь отношение к лесному хозяйству или плотницкому делу.

Суффикс -ох- в основе — редкий для русских фамилий. Обычно он встречается в уменьшительно-ласкательных формах имён (Петька → Петькоха), но здесь, скорее всего, играет роль экспрессивного усилителя. Прозвище Пальтоха звучит грубовато, по-деревенски: так могли дразнить за внешность или манеру держаться.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным областям России. Встречается в Воронежской, Тамбовской, Рязанской губерниях, реже — на севере. Сословного барьера не было: Пальтохины могли быть и крестьянами, и мещанами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Если сравнивать с однокоренными — Палькин, Палкин, Пальцев — то Пальтохин стоит особняком из-за того же редкого суффикса. Носитель фамилии в XVII веке скорее всего был простым человеком, которого в округе знали по меткому уличному прозвищу. Со временем прозвище закрепилось за детьми и внуками, а потом и за всем родом.