Фамилия Полубельников — редкий случай, когда в основе лежит не профессия и не имя, а бытовое прозвище, построенное на контрасте. Первое, что бросается в глаза, — приставка «полу-». В русских фамилиях она встречается нечасто и обычно указывает на неполноту качества: полуграмотный, полусонный. Здесь же она соединяется с корнем «бельн-», который восходит к слову «белый». Проще всего было бы предположить, что прозвище Полубельник дали светловолосому или бледному человеку, но тогда логичнее звучало бы «Бельник» или «Беляк». Приставка «полу-» вносит оттенок недоведённости: не совсем белый, а наполовину.

Более правдоподобная версия связывает фамилию с ремеслом или конкретной ситуацией. В русских говорах «бельник» — это не только мастер по отбеливанию холстов, но и место, где этот холст сушили и выбеливали на солнце. Полубельником могли прозвать подмастерья, который не дорос до полноценного бельника, работал наполовину, или же того, кто владел лишь частью такого промысла. Есть и третий, более прозаичный вариант: прозвище давали человеку, носившему не до конца выбеленную одежду — сероватую, не добеленную до чистой белизны. Это могло быть отличительной чертой бедняка или нерадивого хозяина.

Суффикс «-ов» в окончании указывает на типичную русскую модель образования: Полубельников — сын Полубельника. Фамилия могла закрепиться в среде крестьян или посадских людей, где прозвища часто возникали из повседневных наблюдений. Встретить её можно преимущественно в центральных и северных регионах России, где было развито ткачество и отбельное дело — например, в бывших Ярославской, Костромской или Владимирской губерниях.

Сравните с однокоренными фамилиями: Бельников (полный мастер), Беляев (от «беляй»), Белобородов. Полубельников стоит особняком — он не описывает внешность, а скорее фиксирует социальный или профессиональный статус с оттенком незавершённости. Это редкий пример, когда фамилия хранит не похвалу, а бытовую характеристику, почти насмешку, но без злого умысла — просто меткое народное слово.