Фамилия Помельцова — женская форма фамилии Помельцов, и её происхождение неочевидно на первый взгляд. В основе лежит не имя и не профессия, а прозвище, связанное с диалектным словом. Чтобы понять корень, обратимся к русским говорам: «помелец» или «помельцо» в некоторых регионах означало нечто мелкое, измельчённое, а также могло относиться к человеку маленького роста или незначительного положения. В других диалектах «помельцо» — это уменьшительное от «помело», то есть метёлка, которой мели печь. Отсюда прозвище могли дать либо невысокому человеку, либо тому, кто занимался уборкой, выпечкой хлеба (пекарь или домашняя прислуга). Суффикс -ов в мужской форме типичен для русских фамилий, образованных от прозвищ или имён, и указывает на принадлежность: «сын Помельца».

Модель образования у Помельцова нестандартная: суффикс -ец редко становится основой для фамилий, что делает её более редкой по сравнению с массовыми Помеловыми или Помельниковыми. Встречается фамилия преимущественно в центральных и северных областях России, где были распространены говоры с таким словом. Ономастические источники (например, работы В. А. Никонова) отмечают, что прозвища от «помела» давали не только уборщикам, но и людям с длинными, растрёпанными волосами — по ассоциации с метёлкой. Однако для Помельцова более вероятна связь именно с уменьшительной формой «помельцо», что сужает круг возможных значений до двух: либо «маленький, как помельцо», либо «тот, кто работает с помельцом».

Стоит учесть, что в старину прозвища часто фиксировались в переписных книгах без строгой орфографии, поэтому Помельцов мог писаться как Помельцев, а в некоторых говорах — как Памельцов. Со временем написание устоялось, и сегодня фамилия встречается в единичных случаях. Социальный контекст её возникновения — скорее крестьянская или посадская среда, где прозвища давали по бытовым признакам. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.