Фамилия Пометаев образована от прозвища или нецерковного имени Пометай. В русской ономастике это слово связывают с глаголом «пометать» — то есть бросать, кидать, разбрасывать. Человек с таким прозвищем мог получить его за манеру размашисто работать руками, за резкие движения, за манеру кидать вещи, или же за занятие, связанное с бросанием — например, метанием копья или камней. Впрочем, в северных говорах «пометать» означало также «заметать, закидывать снегом», и прозвище могло относиться к тому, кто чистил дороги или работал с сеном — сметывал стога.

Суффикс -ев указывает на стандартную модель образования русских фамилий от основ на мягкий согласный или на -й. В данном случае основа «Помета» или «Пометай» дала «Пометаев» — буквально «сын Пометая». Это патронимическая фамилия, как и большинство русских фамилий на -ов/-ев, закрепившаяся в XV–XVII веках.

Стоит отметить, что фамилия Пометаев — редкая. Она не встречается в крупных списках дворянских родов и не имеет громких исторических носителей. В основном бытует в центральных и северных регионах России, а также у старообрядцев — в среде которых часто сохранялись редкие прозвища, не вошедшие в общерусский обиход.

Любопытная деталь: в некоторых говорах «пометай» — это не только человек, но и предмет. Так называли совок или лопатку для сметания мусора. Возможно, прозвище закрепилось за тем, кто делал такие инструменты, или за неряшливым хозяином, который «всё пометает в угол». В любом случае, корень фамилии — из бытовой, крестьянской среды, без книжных и церковных заимствований.