Фамилия Пильтихин — редкая и с неочевидной на первый взгляд основой. Чтобы понять её происхождение, нужно посмотреть на суффикс. Формант -ихин (а не просто -ин) указывает на севернорусскую или сибирскую модель образования фамилий. В таких фамилиях корень чаще всего происходит от прозвища или мирского имени, а суффикс -их- означает принадлежность: «чей?» — «Пильтихины дети», то есть потомки человека по прозвищу Пильтиха.

Самая вероятная версия связывает основу с диалектным словом «пильтиха» или «пильтик». В архангельских и вологодских говорах «пильтиком» называли плохонький ножик, зазубренный или тупой. Прозвище Пильтиха могли дать человеку невысокого роста, щуплому или тому, кто занимался мелкой, кропотливой работой — например, чинил обувь или резал что-то с трудом. Вторая, менее распространённая гипотеза выводит фамилию от глагола «пильтить» — суетиться, делать что-то неловко или медленно. Тогда Пильтиха — медлительный, суетливый человек.

Суффикс -ихин характерен для фамилий, которые закрепились в северных губерниях и на Урале. Если предки носителя фамилии были из Вятки, Пермской или Архангельской области, это подтверждает версию с диалектным корнем. В центральной России и на юге такая модель встречается реже, поэтому фамилия осталась локальной и нераспространённой.

Интересно, что фамилия Пильтихин не связана с тюркскими или финно-угорскими корнями, как может показаться из-за звучания. Всё указывает на чисто русское диалектное происхождение, уходящее в быт северных крестьян. Сословно это, скорее всего, фамилия крестьянская или мещанская: дворянских родов с такой фамилией в родословных книгах не зафиксировано.

В написании фамилии возможна вариация через «я» — Пильтяхин, но это уже результат местного произношения («яканья»). В современном языке ударение падает на второй слог: Пильти́хин.