Фамилия Полубелкова — редкий случай, когда основа просматривается почти буквально, но точное значение ускользает. В её центре лежит сочетание «полу-» и «белк-». Первое, что приходит на ум: прозвище Полубелка могли дать человеку со светлыми, «полубелыми» волосами или кожей — не альбиносу, но заметно более светлому, чем окружающие. Однако в русских говорах слово «белка» имело и другие значения: так могли называть подвижного, верткого человека (сравните с «белка» в значении «белка-летяга»), а приставка «полу-» тогда указывала бы на неполноту качества — «полубелка» как «не совсем белка», то есть шустрый, но не до конца. Эта версия менее очевидна, но словообразовательно ничуть не слабее.

Суффикс -ов- в женской форме Полубелкова (мужская — Полубелков) указывает на типичную русскую патронимическую или посессивную модель: фамилия образована от прозвища отца. То есть предка звали Полубелко, а его потомки стали Полубелковыми. Окончание -о в прозвище (Полубелко) — характерный признак украинского или южнорусского влияния: в малороссийской традиции многие прозвища оформлялись именно так (Яценко, Коваленко, но и просто Белко, Полубелко). Это сужает географию: фамилия скорее всего возникла на территории современной Украины или в южных областях России (Курская, Белгородская, Воронежская губернии), где смешивались северные и южные говоры.

В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) подобные образования с «полу-» встречаются редко, но они есть: Полупанов, Полуэктов, Полубояринов. В них «полу-» часто указывает на неполноту социального статуса или качества: полубоярин — человек, не дотянувший до боярского звания. Если применить ту же логику к Полубелкову, можно предположить, что прозвище Полубелка давали человеку с нечисто-светлыми волосами (например, русыми с рыжиной) — «наполовину белый». Но не исключён и шутливый оттенок: «полубелка» как человек, который то быстр и ловок (как белка), то медлителен.

Фамилия не относится к дворянским или старинным княжеским — её носители, скорее всего, были крестьянами или однодворцами. В дореволюционных метрических книгах Полубелковы встречаются в основном по югу России, единичные записи — в Сибири, куда фамилию могли занести переселенцы в XIX веке. Сегодня она остаётся редкой: по открытым данным, в России насчитывается не более нескольких сотен носителей, большинство — в Белгородской и Воронежской областях.