Фамилия Пальвалёва — женская форма фамилии Пальвалёв. В русской традиции такие фамилии образуются от мужских фамилий на -ёв через замену окончания на -а, но в данном случае перед нами редкая словообразовательная модель, сразу бросающаяся в глаза.

В основе лежит прозвище или неканоническое имя Пальвал. Разберём его по частям. Первая часть — «паль-» — почти наверняка восходит к слову «палец» (в древнерусском «паль»). Вторая часть — «-вал» — может быть как усечением от глагола «валять» (в смысле «валять дурака» или «валять в грязи»), так и от существительного «вал» (насыпь, волна). Однако более правдоподобна версия, что «Пальвал» — это переосмысленная форма прозвища Пальцевал или Пальцевой, где «-вал» — это искажённое «-вой» (сравните: Пальцевой → Пальцвал → Пальвал). В говорах северных и центральных губерний часто редуцировали гласные и упрощали стечения согласных, так что превращение «Пальцевой» в «Пальвал» вполне реально.

Если принять эту гипотезу, то исходное прозвище Пальцевой могло означать человека с каким-то заметным дефектом пальцев — например, с лишним, кривым или отсутствующим пальцем. В русской ономастике прозвища по физическим особенностям рук встречаются сплошь и рядом: Пальцев, Пальчиков, Шестипалов, Беспалов. Фамилия Пальвалёв, таким образом, стоит в том же ряду, но с уникальным фонетическим изменением, которое почти полностью скрыло первоначальный смысл.

Встречаемость фамилии крайне низкая. Данные переписей и телефонных справочников показывают, что Пальвалёвы живут в основном в Ленинградской и Новгородской областях, что косвенно подтверждает севернорусское происхождение с типичным для этих мест аканьем и упрощением групп согласных. Суффикс -ёв (а не -ев) указывает на то, что основа заканчивалась на мягкий согласный (Пальвалёв — от Пальваль, с беглым гласным), что тоже характерно для прозвищ на -аль.

Иными словами, предок носителей этой фамилии, скорее всего, жил на северо-западе Руси, имел прозвище, связанное с необычными пальцами, и говорил на местном говоре, который «проглотил» часть звуков. Фамилия редкая: в современной России её носят, по разным оценкам, не более нескольких десятков человек.