Фамилия Потелов — редкий случай, когда основа, скорее всего, связана не с именем и не с профессией, а с действием. В её основе лежит глагол «поте́ть» или образованное от него прозвище Поте́лый. В русских говорах «потеть» имело и переносное значение: работать до изнеможения, корпеть над делом. Соответственно, Потелым могли называть либо трудягу, который не разгибает спины, либо, напротив, человека, который быстро покрывается потом от малейшего усилия — по физиологической особенности.

Словообразовательная модель здесь прозрачная: к основе «потел-» добавился фамильный суффикс -ов, который в русских фамилиях указывает на принадлежность («чей сын?» — сын Потела). Такая модель типична для центральной России и Поволжья. Менее вероятна, но возможна связь с диалектным словом «поте́ль» — так в некоторых областях называли испарину или влажный туман. Но в этом случае фамилия скорее звучала бы как Потелев или Потелин, а форма на -ов указывает именно на прозвище-прилагательное.

Интересная деталь: фамилия Потелов встречается заметно реже, чем её «зеркальный» вариант — Потолов, который мог произойти от слова «потолок». Это разграничение помогает избежать путаницы. Потелов — не про дом, а про человека.

В дореволюционных переписях фамилия фиксируется в основном в северных и центральных губерниях: Вологодской, Костромской, Вятской. Встречается и на Урале, куда переселенцы принесли северные говоры. Сословного барьера у фамилии не было: Потеловыми могли быть и крестьяне, и мещане, и священники — прозвище не несло уничижительного оттенка, а скорее описывало манеру работы.