Фамилия Пителяев образовалась от прозвища Пителяй. Вероятно, оно восходит к украинскому нарицательному «питель» в значении «мельница, на которой смалывают белую муку особенным помолом». Кроме этого, так могли называть устройство, которое использовалось для помола, а также получившуюся в процессе муку. Таким образом, подобное прозвище, скорее всего, относилось к числу так называемых «профессиональных» именований, указывающих на род деятельности предка. Очевидно, прозвище Пителяй получил мельник. Кроме этого, прозвище Пителяй произошло от украинского глагола «пити», что в переводе на русский язык означает «пойти, зашагать, направляться». Возможно, таким прозвищем нарекли человека, который любил пешие прогулки. Не исключено, что прозвище Пителяй восходит к глаголу «питаться». Предположительно, таким прозвищем нарекли человека с хорошим аппетитом. Так и прозвище Пителяй закрепилось за человеком в качестве наиболее употребительного именования, а со временем легло в основу фамилии Пителяев. Таким образом, потомок человека, обладающего прозвищем Пителяй, со временем получил фамилию Пителяев.