Фамилия Плутонов — редкий случай, когда за основу взято имя собственное из античной мифологии, а не обиходное слово или прозвище. Она образована по стандартной русской модели: к основе «Плутон» добавили патронимический суффикс -ов, который буквально означает «сын Плутона» или «принадлежащий Плутону». Такая модель типична для фамилий, возникших от крестильных имён (Иванов, Петров), но здесь работает с другим типом источника.

Прямое значение корня — римский бог подземного царства, аналог греческого Аида. Однако в русской традиции XVIII–XIX веков имя Плутон могло использоваться как редкое календарное имя. В святцах есть мученик Плутон, почитаемый православной церковью (память 15 апреля по старому стилю). Поэтому первый и самый вероятный вариант происхождения фамилии — от крестильного имени Плутон, которое давали в честь этого святого. В таком случае Плутонов — «внук» или «сын» человека по имени Плутон.

Вторая версия — семинарская. В духовных училищах и академиях ученикам часто давали фамилии по именам античных богов и героев (Аполлонов, Дионисов, Геркулесов). Плутонов могла возникнуть как искусственная фамилия, призванная подчеркнуть учёность или благозвучие. Семинаристы нередко получали такие фамилии при поступлении, и они не имели отношения к реальному имени отца. Эта версия менее вероятна для массового бытования, но вполне возможна для единичных случаев в среде духовенства.

Третья, самая редкая гипотеза — от мирского прозвища Плутон. В народе так могли назвать угрюмого, мрачного человека или, наоборот, того, кто копит богатства (Плутон считался богом не только загробного мира, но и подземных сокровищ). Однако прозвище из античной мифологии — нетипично для крестьянской среды, поэтому эта версия уступает первым двум.

Фамилия Плутонов встречается нечасто. Её можно найти в центральных регионах России, а также в среде потомков духовенства. В отличие от фамилий на -ин или -ский, здесь нет географической привязки к конкретной местности — скорее, это след книжной культуры или редкого личного имени.