Фамилия Полихронов — редкий случай, когда основой стала не профессия, не внешность и не имя святого, а отвлечённое греческое понятие. В её основе лежит греческое слово «полихронос» (πολύχρονος), что буквально означает «долговременный», «многолетний». В византийской и славянской православной традиции это слово было частью богослужебного возгласа — «многая лета» (πολυχρόνιον). Таким образом, Полихронов — это фамилия, образованная от пожелания долгой жизни или от прозвища, которое дали человеку, родившемуся в преклонном возрасте у родителей, либо просто очень живучему.

Модель образования проста: греческая основа «Полихрон-» и русский патронимический суффикс «-ов», который указывает на принадлежность («чей?» — сын Полихрона). Само греческое имя Полихроний (в русской традиции — Полихроний) встречается в святцах: известен мученик Полихроний, епископ Вавилонский, пострадавший в IV веке. Однако фамилия Полихронов могла возникнуть и напрямую от прозвища Полихрон, которое давали в народной среде, минуя церковное имя.

Географически фамилия тяготеет к южным и центральным регионам России, а также к территориям, где было сильно влияние греческой культуры и духовенства — например, в среде донского и кубанского казачества, в среде греческих переселенцев в Новороссии. Встречается она и в среде потомков священнослужителей, так как греческие по происхождению имена часто давали в духовном сословии. В крестьянской среде фамилия Полихронов — редкость, что говорит о её возможном книжном или семинарском происхождении.

Интересно, что фамилия избежала типичной для греческих заимствований переделки: не превратилась в Полихроновский или Полихроновцев, а сохранила простую форму отчества. Встречаются варианты написания с одной «н» (Полихронов) и с двумя (Полихроннов) — второй вариант, вероятно, вторичен и возник под влиянием фамилий на «-инн» или из-за желания подчеркнуть ударный корень. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Полихро́нов, хотя в разговорной речи можно услышать и Полихроно́в.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Полихроновский, Полихроновцев, греческая фамилия Полихронидис) показывает, что Полихронов — самая «обрусевшая» форма, которая прижилась именно в русской среде, где греческое имя перестало восприниматься как чужое и стало обычным родовым прозвищем. Для носителя фамилии это не просто указание на предка, а напоминание о древнем пожелании — чтобы род жил долго.