Фамилия Пленцов — редкий случай, когда суффикс -ов присоединили к основе, которая сама по себе уже была фамилией или прозвищем с другим суффиксом. Скорее всего, в основе лежит прозвище Пленец. Так могли называть человека, который попал в плен или был взят в полон. В древнерусском языке слово «плен» (или «полон») означало захват, неволю. Прозвище Пленец мог получить бывший пленник, вернувшийся домой, или человек, чем-то напоминавший пленного — например, худобой или покорным нравом.

Однако есть и вторая версия, связанная с диалектами. В некоторых говорах «плен» или «плена» означало не только пленение, но и плотную ткань, пелену, а также — кожуру, шелуху, плёнку. В этом случае прозвище Пленец могло относиться к занятию: например, к ткачу или тому, кто работал с корой и лыком. Но эта версия менее вероятна, так как в фамилиях на -ов редко встречаются основы, обозначающие предметы обихода без яркой прозвищной окраски.

Сама модель образования Пленцов — вторичная. Сначала появилось прозвище Пленец (с типичным уменьшительным или прозвищным суффиксом -ец), а уже от него через притяжательный суффикс -ов образовали фамилию: Пленцов буквально означает «сын Пленца». Такая двухступенчатая схема встречается нечасто: обычно фамилии образуют сразу от имени или прозвища, а не от другого прозвища с суффиксом.

Географически фамилия Пленцов редкая и не привязана к одному региону. Встречается разрозненно — в центральных областях России, на Урале и в Сибири, что говорит о позднем расселении носителей. Сословной привязки нет: Пленцовыми могли быть и крестьяне, и мещане, и казаки — фамилия не указывает на происхождение из духовенства или дворянства.

Стоит отличать Пленцова от похожих фамилий Пленкин, Пленов, Пленников. Пленников — более прозрачная фамилия, напрямую от «пленник». Пленцов же сохраняет в основе ту самую старую прозвищную форму с суффиксом -ец, которая сегодня почти не употребляется как самостоятельное имя.