Фамилия Петернел — редкий случай в русском ономастиконе, и её происхождение стоит искать не в славянских корнях, а в западноевропейской традиции. Скорее всего, это русифицированная форма немецкой или французской фамилии, которая попала в Россию вместе с переселенцами или специалистами, приглашёнными на службу в XVIII–XIX веках.

Основа фамилии — личное имя Петер (немецкий вариант имени Пётр) или фамилия Петернель (Peternehl), распространённая в северной Германии, особенно в земле Мекленбург-Передняя Померания. Суффикс -ел/-ель в немецких фамилиях часто указывает на уменьшительную или патронимическую форму (сын Петера). В русской среде окончание могло адаптироваться под привычную модель склонения, поэтому фамилия сохранила мужское окончание без типичного русского суффикса -ов или -ин.

Второй возможный путь — французское происхождение. Фамилия Петернель (Peternele) встречается в исторических записях французской Швейцарии и Лотарингии. В этом случае корень тот же — от имени Пётр, но с романским уменьшительным суффиксом. В России такие фамилии могли получить гувернёры, учителя, ремесленники или военные из числа пленных или наёмников.

География бытования фамилии в России узкая. По данным современных справочников и телефонных книг, Петернелы встречаются в основном в крупных городах (Москва, Санкт-Петербург), а также на юге страны — в Краснодарском крае и Ростовской области, куда в XIX веке активно переселялись немецкие колонисты. Встречаются варианты написания: Петернель, Петернелл, Петернелль, что только подтверждает иноязычное происхождение.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит особняком: в ней нет ни одного из продуктивных русских суффиксов, а окончание -ел не характерно для исконных славянских фамилий. Это делает её надёжным маркером западного предка — скорее всего, ремесленника, врача или военного инженера, обрусевшего в первом-втором поколении.