Фамилия Пихтилев — редкая и с точки зрения словообразования, и с точки зрения географии. В ней сразу бросается в глаза нестандартный суффикс: не привычные -ов/-ев, а -ев при основе на мягкий согласный. Это указывает на то, что фамилия образована не от прозвища Пихтиль, а от более ранней формы Пихтель или Пихтиль, где конечный -ль смягчился, а затем фамилию записали по церковнославянскому образцу (сравните: «Козьма» → «Козьмин», но в народе чаще «Кузьмин»). На деле же патронимический суффикс -ев присоединили к основе, оканчивающейся на мягкий знак, что для русских фамилий нетипично — обычно так оформляли фамилии от тюркских или финно-угорских корней.

Корень «пихт-» сразу отсылает к дереву пихта. Но прозвище Пихтель или Пихтиль вряд ли дали человеку из-за любви к этому дереву. Скорее всего, это профессиональное или бытовое прозвище: пихтель могли назвать плотника, работавшего с пихтовой древесиной (она легкая, смолистая, шла на лодки и домашнюю утварь), либо лесоруба, добывавшего пихтовую живицу. В северных и уральских говорах слово «пихтель» могло означать и невысокого коренастого человека — по аналогии с плотной, коряжистой пихтой. Еще одна версия, менее вероятная, но имеющая право на существование: связь с диалектным глаголом «пихтать» (толкать, пихать). Тогда Пихтиль — человек, который постоянно пихается, суетливый.

Географически фамилия Пихтилев почти не встречается в центральных областях России. Основной ареал — северо-восток европейской части и Предуралье: Кировская область, Пермский край, Удмуртия. Это как раз зона распространения пихтовых лесов и старообрядческого населения, где фамилии часто образовывались от местных промыслов (смолокурение, лесозаготовка). В XIX веке носители фамилии числились преимущественно государственными крестьянами, то есть лично свободными, но приписанными к казенным землям.

В отличие от фамилий вроде Пихтин или Пихтов, Пихтилев стоит особняком из-за того, что его основа не совпадает с названием дерева в именительном падеже. Это говорит о том, что прозвище могло быть не просто «пихта», а именно «пихтель» — человек, имеющий отношение к пихте, или же имя, данное по местности (например, выходец из деревни Пихтели). Деревни с таким названием действительно существовали в Вятской губернии. Таким образом, Пихтилев — это не «сын Пихты», а скорее «сын Пихтеля», где прозвище указывало на род занятий или место жительства, что для северных фамилий гораздо типичнее, чем для южных.