Фамилия Полтеева — женская форма мужской фамилии Полтеев. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Полтей, которое, скорее всего, восходит к древнерусскому слову «полть» — половина туши мяса, разрубленное мясо, а также крупный кусок чего-либо. В говорах «полтью» называли половину туши забитого животного, засоленную или закопченную. Человек, получивший такое прозвище, мог быть мясником, торговцем мясом или просто крупным, плотным по телосложению человеком — в переносном смысле «цельная половина».

Менее вероятна, но возможна связь с диалектным «полтевый» — относящийся к полти, или с глаголом «полтеть» — толстеть, набирать вес. В этом случае прозвище указывало бы на внешность. Ономастический словарь Веселовского фиксирует прозвище Полтей у крестьян XV–XVI веков, что подтверждает бытование такого имени в допетровской Руси.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Полтеев — сын Полтея. Фамилия образована по стандартной для русских фамилий патронимической модели, но с необычной основой — не от крестильного имени, а от бытового прозвища, связанного с хозяйством или ремеслом. Встречается преимущественно в центральных и южных регионах России, где было развито скотоводство и мясная торговля. В дворянских родословных Полтеевы не значатся — это фамилия крестьянского и посадского происхождения, что типично для прозвищ от названий продуктов или частей туши.