Фамилия Полуляхов — один из тех случаев, где корень сразу бросается в глаза, но его значение неочевидно. Основа здесь — «полулях». Первая часть («полу-») в русских прозвищах часто указывала на неполноту признака или полукровное происхождение: полутатарин, полурусский. Вторая часть — «лях» (поляк). Таким образом, прозвище Полулях могли дать человеку, у которого один из родителей был поляком, либо тому, кто внешне или по поведению напоминал поляка, но не был им полностью. В XVI–XVII веках, после Смутного времени и в период активных контактов с Речью Посполитой, такие прозвища были не редкостью на западных и южных рубежах России.

Модель образования фамилии стандартная: к прозвищу Полулях добавили патронимический суффикс -ов, что означает «сын Полуляха» или «из рода Полуляхов». Фамилия фиксируется в основном в южнорусских и украинских регионах, особенно в бывших Слобожанщине и Черниговщине, где смешанное население и пограничные контакты были обычным делом. Встречается она и у донских казаков — в списках казачьих фамилий XVIII века упоминаются Полуляховы, что подтверждает бытовой, недворянский характер происхождения.

Спорных версий у фамилии немного. Иногда корень «лях» пытаются связать с тюркским «алаша» (лошадь) или с диалектным «ляхать» (пугать), но эти гипотезы слабы: первая не объясняет приставку «полу-», вторая — не имеет массового подтверждения в антропонимике. Ударение в фамилии обычно падает на второй слог (Полуля́хов), что типично для фамилий на -яхов. Социально носители фамилии чаще всего были крестьянами или однодворцами — потомками служилых людей, охранявших южные границы. Дворянских ветвей с такой фамилией в гербовниках не значится, что тоже указывает на её простонародные корни.