Фамилия Патумсе — редкая и нестандартная для русского уха. С первого взгляда бросается в глаза её нерусское происхождение: окончание -се, а не привычные -ов, -ин, -ский. В русской антропонимике фамилии, оканчивающиеся на -се, чаще всего имеют финно-угорские корни, в первую очередь — карельские, вепсские или эрзянские. В этих языках суффикс -се может указывать на принадлежность к чему-либо или быть частью сложного слова, которое потом осмыслили как фамилию.

Наиболее вероятная версия: основа «Патум» восходит к диалектному слову из прибалтийско-финских языков, например, карельскому «patu» (плотина, запруда) или «patamo» (место, где стоит мельница). В таком случае Патумсе — это «потомок того, кто жил у плотины» или «человек с мельничной запруды». Подобные географические прозвища были типичны для крестьян Карельского перешейка и Прионежья: рельеф там холмистый, и каждый ручей с плотиной давал название хутору или дому. Фамилия могла закрепиться за переселенцами, которые в XIX веке перебрались в центральные губернии России, где непривычное окончание и сохранилось.

Менее распространённая, но возможная гипотеза — связь с эрзянским языком (мордва-эрзя), где «патомс» означает «прятать», а «патумсе» звучит как притяжательная форма — «спрятанный», «скрытый». В этом случае прозвище могло относиться к человеку замкнутому или жившему в глухом лесу. Однако географическая привязка к Карелии и Вологодчине для фамилий на -се встречается чаще, чем к Поволжью.

Встречаемость фамилии крайне низкая. В дореволюционных метрических книгах она почти не фиксируется, единичные упоминания встречаются в документах по Олонецкой губернии. Сословно носители, скорее всего, были государственными крестьянами — не помещичьими, а жившими на казённых землях, что характерно для северных регионов. Сегодня фамилия Патумсе остаётся штучной: её обладатели живут в основном на Северо-Западе России и в Москве, а также в Эстонии, куда могли уехать ингерманландские финны или карелы в 1920–1930-е годы.