Фамилия Полтороцкий — одна из тех, что образована не от имени или прозвища, а от географического названия, причём не самого очевидного. Основа здесь — Полторацк, и это не вымышленный топоним: так раньше называли город, который сегодня известен как Полтава. В XVIII веке в официальных документах и в быту название «Полтава» соседствовало с народным вариантом «Полторацк», а жителей города называли полторачанами или полтороцкими.

Словообразовательная модель проста: к основе «Полторацк» добавили суффикс -ский, который в русской ономастике указывает на принадлежность к местности или на происхождение оттуда. Фамилии на -ский традиционно считались польскими или западнорусскими, но в данном случае это чисто восточнославянская фамилия, возникшая на территории Малороссии. Носитель фамилии Полтороцкий, скорее всего, был выходцем из Полтавы или её окрестностей, а сама фамилия закрепилась за ним как указание на родину.

Интересно, что фамилия Полтороцкий избежала типичной для украинских фамилий суффиксации -енко или -ук. Это говорит о том, что её носители, вероятно, относились к более образованным или привилегированным слоям — казацкой старшине, духовенству или мелкопоместному дворянству, где фамилии на -ский были в ходу. В метрических книгах XVIII–XIX веков Полтороцкие встречаются в Полтавской и Харьковской губерниях, что подтверждает версию о географическом корне.

Встречается и более редкий вариант написания — Полторецкий, но он не меняет сути: корень тот же, и связь с Полтавой остаётся. Фамилия не получила широкого распространения за пределами Украины и юга России, поэтому сегодня она достаточно редкая и локальная.