Фамилия Полтаская — редкий случай, когда географическое название перешло в фамилию, но с неочевидным суффиксом. На первый взгляд, корень «Полтав-» (от города Полтава) просится в фамилию Полтавский. Однако здесь окончание «-ая» и суффикс «-ск-» выдают женскую форму от мужской фамилии Полтаской. То есть исходная мужская фамилия — Полтаской, а Полтаская — это её вариант для женщины (по модели «Иван — Иванова, Полтаской — Полтаская»). Такое образование встречается в южнорусских и украинских говорах, где фамилии на -ой/-ая нередко фиксировали как прилагательные в полной форме.

Корень «Полтас-» не связан напрямую с Полтавой. Скорее всего, это прозвище или местное имя человека. В основе может лежать диалектное слово «полтас» — в некоторых говорах так называли нерасторопного, медлительного человека или, наоборот, того, кто «таскает» (от глагола «таскать» с приставкой «по-»). Вторая версия: от тюркского «балтас» (топор) через украинское посредничество, где «б» перешло в «п». Тогда прозвище относилось к плотнику или дровосеку. Третья, менее вероятная: от имени Полтас как варианта крестильного Пантелеймон в народном произношении.

Географически фамилия тяготеет к югу России и Украине, особенно к территориям бывшей Слобожанщины и Полтавщины. В дореволюционных списках она почти не встречается — это говорит о том, что фамилия могла быть поздней, канцелярской, когда крестьянам приписывали фамилии по месту жительства или случайному признаку. Суффикс -ской/-ская типичен для дворянских и шляхетских фамилий, но в данном случае он указывает не на знатное происхождение, а на украинскую или малороссийскую среду, где такие окончания были распространены у казаков и мещан.

Сравните с однокоренными: Полтавцев, Полтавец, Полтавский. Полтаская стоит особняком — она не «полтавская», а именно «полтаская», с утратой «в». Это могло произойти из-за устного бытования (Полтаская вместо Полтавская) или из-за ошибки писаря при записи. В любом случае, носитель фамилии может считать, что его предки жили вблизи Полтавы или получили прозвище, которое со временем стёрло связь с городом.