Фамилия Полторихина — женская форма фамилии Полторихин, и её разговорное, почти бытовое звучание сразу выдаёт прозвищное происхождение. В основе лежит не церковное имя и не ремесло, а слово «полтора» — числительное, означающее «один с половиной». Носитель такого прозвища в XVI–XVII веках мог получить его за особенности роста, сложения или даже за необычный шаг: «полтора» легко прикладывали к человеку, который был заметно выше или шире среднего, словно «на полтора человека». В говорах слово «полтора» также могло означать «неполный, половинчатый» — например, так дразнили человека, который делал всё наполовину или обладал каким-то физическим изъяном.

Модель образования фамилии — суффикс -ихин, характерный для северных и центральных регионов России (Архангельская, Вологодская, Костромская, Ярославская губернии). Суффикс -их- в русских фамилиях указывает на принадлежность к дому или роду: Полторихин буквально значит «из семьи Полторых» (где Полторой — прозвище главы семьи). Женская форма Полторихина, соответственно, означает «дочь или жена Полторихина». Такие фамилии на -ихин редко встречаются в южных и западных областях, так что география бытования фамилии сужается.

В ономастике есть параллели: фамилии Полторак, Полторацкий, Полтораднев — все они восходят к тому же числительному, но с разными суффиксами. Полторихин стоит особняком именно из-за редкого суффикса -ихин, который чаще встречается в фамилиях от личных имён (Иванихин, Петрихин), чем от числительных. Это делает фамилию уникальной по словообразовательной модели.

Интересно, что прозвище Полтора могло закрепиться и за человеком, владевшим «полуторной» долей земли или скота — в крестьянском быту такие доли были обычны при переделах общинной земли. Если предок был «полторщиком», то есть обрабатывал полторы нормы надела, фамилия могла отражать его хозяйственный статус, а не внешность. Точную причину сейчас не установить, но обе версии правдоподобны.

Социально фамилия почти наверняка крестьянская или посадская: в дворянских родах такие прозвища почти не встречались — слишком «простонародный» корень. В метрических книгах XIX века Полторихины фиксируются в основном в Вятской и Пермской губерниях, что подтверждает северное происхождение.