Фамилия Палтышева — женская форма фамилии Палтышев. Её основа вызывает споры, но самая вероятная версия отталкивается от прозвища или имени Палтыш, которое могло быть образовано от южнорусского или украинского диалектного слова «палтус» — так в некоторых регионах называли крупную рыбу (палтус или камбалу). Прозвище Палтыш могли дать рыбаку, торговцу рыбой или человеку с соответствующей внешностью — например, широкоплечему и приземистому, похожему на эту плоскую рыбу.

Суффикс -ев в фамилии указывает на типичную модель притяжательного прилагательного: Палтышев — «чей?» — «сын Палтыша». В русской ономастике фамилии на -ев/-ов обычно возникали в XVI–XVII веках в среде служилых людей, крестьян и посадских. В отличие от северных фамилий на -их/-ых, форма на -ев характерна для центральных и южных областей России, а также для Поволжья.

Редкая черта этой фамилии — двойной суффикс: -ыш- и -ев. Модель «корень + -ыш + -ев» встречается нечасто. Сравните с фамилиями Малышев (от «малыш») или Голышев (от «голыш»). В случае Палтышева корень «палт-» мог быть вариантом «палтус» с усечением окончания, а суффикс -ыш придавал прозвищу уменьшительно-ласкательный или пренебрежительный оттенок. То есть Палтыш — не просто «палтус», а «маленький палтус» или «палтусёнок», что характерно для народных прозвищ.

Встречается и альтернативная гипотеза: связь с тюркским словом «балтыш» (топорище) или с глаголом «палтать» (болтать, путать) в некоторых говорах. Но эти версии слабее: у них нет подтверждения в письменных источниках по фамилии, и они не объясняют суффикс -ыш. Географически фамилия Палтышев встречается в основном в Поволжье и на Урале, что совпадает с районами активного рыболовства и торговли рыбой. По переписям XIX века носители фамилии числились в основном государственными крестьянами и мещанами. Сословной элиты среди Палтышевых не отмечено — фамилия крестьянская по происхождению.