Фамилия Помольцев образована от прозвища или профессионального имени Помолец. В основе — глагол «молоть» и существительное «помол» (размол зерна, а также плата за эту работу). Помольцем в северных и центральных губерниях России называли человека, который занимался размолом зерна: либо мельника, либо работника на мельнице, либо крестьянина, привозившего зерно на помол. В некоторых говорах «помолец» означало и количество зерна, отдаваемое за работу, — своего рода натуральная плата. Фамилия закрепилась через типичную для русского ономастикона модель: основа на -ец дала притяжательное прилагательное с суффиксом -ев (Помольц-ев), а затем фамилию в мужском роде.

Интересна судьба корня: слово «помол» в старину имело и переносный смысл — «толк, прок» («нет в нём помолу»), но для фамилии вероятнее конкретное ремесленное значение. Встречаются варианты написания через «а» (Помальцев), что отражает акающее произношение, но форма с «о» считается исходной и закреплена в документах. В писцовых книгах XVI–XVII веков фиксируются «помольцы» как особая категория зависимых людей, работавших на монастырских или помещичьих мельницах, — это указывает на возможное низовое происхождение фамилии.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Мельников, Молотков, Жерновов) ставит Помольцева в ряд «мельничных» фамилий, но с узкой специализацией: если Мельников — владелец или хозяин мельницы, то Помольцев — скорее исполнитель, платный работник. Географически фамилия тяготеет к северо-востоку России (Вологодская, Архангельская, Вятская губернии), где водяные мельницы были распространены, а слово «помолец» входило в активный словарь. Встречается она нечасто, что типично для фамилий, образованных от конкретного промыслового термина, а не от имени или широкого прозвища.

Две версии происхождения менее вероятны, но имеют право на существование. Первая — от имени Помол (редкое некалендарное имя, данное по обстоятельствам рождения, например, в период помола). Вторая — от топонима: в некоторых областях «Помолье» называли местность у мельницы, и житель такого места получал прозвище Помолец. Однако обе гипотезы слабее профессиональной: глагольная основа «молоть» даёт слишком прозрачную связь с ремеслом, чтобы её игнорировать.