Фамилия Плема — редкая и неочевидная. В ней нет ни суффикса -ов, ни -ин, ни -ский, то есть она не была образована по самой массовой русской модели «чей сын? — Петров, Иванов». Это так называемая «застывшая» форма — фамилия, которая совпадает с исходным словом или прозвищем. Такие фамилии чаще встречаются на Украине, в Беларуси и на юге России, где оканье и аканье не стёрли первозданный вид прозвища.

Корень «плем-» сразу отсылает к слову «племя». Прозвище Плема могли дать человеку, который пришёл со стороны, из другого рода или народа — «чужак», «пришлый», «не из нашего племени». В диалектах слово «племя» имело и более узкое значение: «родня», «родственники», «свои люди». Тогда Плема — ироничное или, наоборот, уважительное прозвище для того, кто постоянно подчёркивал родственные связи или хлопотал за сородичей.

Другая версия, менее очевидная, но имеющая право на существование: Плема может быть усечённой формой от крестильного имени Платон (в просторечии Платоня, Плата, Плема). В украинской и белорусской традиции такие сокращения не редкость: допустим, от Евдокима — Докима, от Пантелеймона — Плема. Если это так, то фамилия перешла в разряд «именных», но без патронимического суффикса, что характерно для казачьих и западнорусских регионов.

Окончание -а указывает на то, что прозвище или имя было в форме общего рода или женского склонения. В русской ономастике подобные фамилии (Кривонога, Непейвода, Безрука) зачастую сохранили грамматику исходного прозвища. Так что носитель фамилии Плема, скорее всего, потомок человека, которого в XVI–XVII веках окрестили Племой за его происхождение или манеру поведения.

Географически фамилия тяготеет к западным и южным областям бывшей Российской империи: современная Украина, Беларусь, а также казачьи земли Дона и Кубани. В центральных русских губерниях её почти нет — там фамилия давно обрастала бы суффиксом и превратилась в Племов или Племин.