Фамилия Пелтихтина — женская форма мужской фамилии Пелтихтин, которая образована по очень редкой словообразовательной модели. В русских фамилиях суффикс -ин обычно присоединяется к основам на -а/-я (Петя — Петин, Кузьма — Кузьмин). Здесь же основа оканчивается на твёрдый согласный, что для -ин нетипично: Пелтихт — Пелтихтин. Такая модель встречается в основном у фамилий, произошедших от прозвищ или имён, оканчивающихся на -ихта или -охта, либо от иноязычных основ, которые не переделали под русское склонение. Скорее всего, перед нами не чисто славянское образование, а результат адаптации финно-угорского или прибалтийского прозвища.

Корень «пелт-» может восходить к диалектному глаголу «пелтать» — в северных говорах так говорили о неуклюжей, медлительной походке или о человеке, который путается, мешает. В олонецких и архангельских говорах «пелта» — это неповоротливый, нерасторопный человек. Суффикс -ихт- в прозвищах — редкость; он мог появиться под влиянием карельского или вепсского языка, где -хт- — частый элемент в названиях мест и людей (сравните с карельскими топонимами типа Пелтсюля). Таким образом, исходное прозвище Пелтихта — «неповоротливый, мешковатый человек» — дали по характерной черте поведения, а фамилию закрепили в форме на -ин, подогнав под привычный русский патронимический тип.

Географически фамилия тяготеет к Русскому Северу и северо-западу: Вологодская, Архангельская области, Карелия. В этих краях активно смешивались славянские и финно-угорские языки, что и породило необычные прозвища. В метрических книгах XIX века Пелтихтины встречаются среди государственных крестьян Олонецкой губернии. Дворянских родов с такой фамилией нет — она однозначно крестьянская, сформировавшаяся в среде, где прозвище давали по внешности или повадке, а не по ремеслу.

В написании фамилии возможна вариативность: в старых документах можно встретить Пелтихтин и Пелтикхтин (с удвоенной «к» из-за особенностей произношения в карельских говорах). Современная форма с мягким «т» перед «и» — результат литературной нормы; в диалектах фамилия могла звучать как Пелтихтын. Носительница фамилии Пелтихтина, таким образом, носит память о прозвище, которое в XIX веке было понятно односельчанам, а сегодня сохранилось только в редких фамилиях и словарях диалектной лексики.