Фамилия Потемов — редкий случай, где основа спорит с суффиксом. На первый взгляд, перед нами типичная патронимическая модель на -ов: Потем + ов, то есть «сын Потема». Но что такое «Потем»? В русских говорах слово «потём» или «потёма» означало темноту, сумрак, а также нелюдимого, угрюмого человека. Прозвище Потём могли дать человеку с тяжелым характером или тому, кто жил в глухом, тенистом месте. Отсюда же — фамилия Потемкин, но она образована через суффикс -ин (Потьма + ин), а Потемов — через -ов, что указывает на другую диалектную или грамматическую форму прозвища.

Есть и вторая версия, менее очевидная. В некоторых регионах «потьма» или «потёмка» — название небольшой рыбы, вроде пескаря или гольца. Прозвище Потём мог получить рыбак или человек с маленькими, «рыбьими» глазами. Однако эта гипотеза слабее: слово «потёмка» в значении «рыба» локально и быстро вышло из обихода, а прозвища по внешности или характеру встречаются в основе фамилий гораздо чаще, чем по названиям мелкой рыбы.

Модель образования — типичная для северных и центральных областей России: отчество от прозвища через суффикс -ов. Фамилия распространена неравномерно: встречается в Вологодской, Кировской областях и в Пермском крае. Это косвенно подтверждает севернорусское происхождение: именно там диалектное слово «потём» в значении «мрак» и «угрюмый человек» было в ходу.

Интересная деталь — написание через «ё». В старых документах фамилию могли записывать как Потемов, Потёмов или даже Патёмов, в зависимости от местного произношения. Ударение в современном варианте почти всегда падает на второй слог: Потёмов. Если же произносить с ударением на первый слог (Потемов), фамилия звучит как образованная от имени Потём — сокращенной формы от Потап (через народное Потапей → Потём). Но это уже спорная реконструкция без документальных подтверждений.

В итоге: Потемов — фамилия от прозвища, скорее всего, характеризующего внешность или характер. Её носители — потомки человека, которого в деревне прозвали Потёмом за угрюмость или за то, что он жил в глухом лесу.