Фамилия Полтырева — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не профессия, а числительное. Если разобрать её по составу, сразу видно: корень «пол-» (половина) и «тыр» — искажённое «тысяча» или «тыря» (в диалектах так называли тысячу рублей или вообще крупную сумму). То есть «полтырева» — это «полтысячи», половина тысячи. Суффикс «-ев» указывает на принадлежность: сын Полтыря. Так в старину могли прозвать человека, который владел половиной тысячи чего-то — скорее всего, денег или земли.

Вероятнее всего, прозвище Полтырь (а от него — фамилия) возникло в купеческой или зажиточной крестьянской среде, где оперировали крупными суммами. Полтысячи в XVII–XVIII веках — состояние немалое, и прозвище могло закрепиться за человеком, который либо накопил такую сумму, либо задолжал, либо был известен сделкой на полтысячи. Менее вероятная версия — связь со словом «тырить» (воровать), тогда «полтырь» означало бы «полувор», но это звучит натянуто и не подтверждается типовыми моделями русских прозвищ.

Географически фамилия Полтырева встречается крайне редко. Основные очаги — центральные области России, особенно бывшая Тульская и Рязанская губернии, где числительные в прозвищах (Сорокин, Шестаков) были распространены. Но Полтырев — вариант именно с дробным числом, что необычно. В словарях Б. Унбегауна и В. Никонова эта фамилия не упоминается, что говорит о её локальном и редком бытовании.

Форма Полтырева (женский вариант) указывает на то, что носительница — женщина, а мужской вариант — Полтырев. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, поскольку в дворянских родах числительные в основе почти не встречались. В советское время фамилия могла трансформироваться из-за ошибок в документах — например, в Полтырёва или Полтырева с ударением на «е», но исходное ударение, вероятно, на первый слог: Пóлтырева.