Фамилия Птонская — редкий случай, когда географическая основа очевидна, а происхождение названия, от которого она образована, остаётся загадкой. Суффикс -ск- указывает на типичную модель для дворянских или польско-шляхетских фамилий, образованных от названия местности. Носитель фамилии Птонская — скорее всего, потомок помещика или шляхтича, владевшего имением или происходившего из местечка с корнем «Птон-».

Сам корень «Птон» в славянской ономастике не встречается. Это почти наверняка искажённое или ополяченное название. Самая вероятная версия — связь с польским словом «ptak» (птица) или его диалектными вариантами. В польских говорах «ptón» или «ptóna» могли означать птицу или производное прозвище. Тогда фамилия Птонский/Птонская — это вариант фамилии Пташинский, Пташник или Птачек, но с местной фонетикой (переход «а» в «о» после мягкого, как в польском «ptak» — «ptón»). Менее правдоподобно, но возможно, что в основе лежит литовский корень (например, «ptinas» — птица), что указывало бы на балтийское влияние в регионе.

Географически фамилия могла закрепиться на территории бывшей Речи Посполитой — в современной Беларуси, на востоке Польши или в западных областях Украины. Дворянские роды с окончанием на -ский часто получали фамилии по названию своего поместья (например, Птоново или Птонск). Если такое село существовало, его название могло произойти от прозвища первого владельца — Птон (Птица).

В отличие от массовых фамилий на -ов/-ев, Птонская сохраняет женскую форму как исторически закреплённую (например, по мужу или по отцу в девичестве). В современной России фамилия встречается единично, что подтверждает её шляхетское происхождение: такие фамилии не были распространены среди крестьян, а после разделов Речи Посполитой остались в узком кругу потомков мелкой шляхты.