Фамилия Пухмахтерова — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не ремесло и не географическое название, а прозвище, собранное из двух корней. Первая часть — «пух» — в русских говорах могла означать не только мягкий материал, но и человека тщедушного, слабого, либо, наоборот, обидчивого, «надутого». Вторая часть — «махтер» — куда интереснее. Это диалектное слово, бытовавшее в тверских, псковских и новгородских землях, где «махтером» или «мохтерём» называли бойкого, расторопного человека, иногда — хвастуна или задиру. Соединение двух таких разных значений даёт портрет: либо «пухлый задира», либо «обидчивый хвастун».

Фамилия образована по продуктивной модели с суффиксом -ов-, указывающим на принадлежность: «чей сын?» — Пухмахтеров. Женская форма Пухмахтерова — это либо жена, либо дочь Пухмахтерова. По суффиксу и основе фамилия явно крестьянская, а не дворянская: в среде помещиков и высших сословий такие «говорящие» прозвища с бытовой лексикой не приживались.

Географически фамилия тяготеет к северо-западу России. В переписях XIX — начала XX века Пухмахтеровы встречаются в основном в Тверской и Новгородской губерниях. Это подтверждает и ареал слова «махтер»: оно фиксируется именно в этих диалектах. Встречаются варианты написания: Пухмахтёров, Пухмахтерев — с заменой суффикса или ударением на последний слог, что не меняет смысла.

Спорных версий у фамилии немного. Иногда её пытаются возвести к тюркским или финно-угорским корням, но это натяжка: слово «махтер» имеет славянскую природу, родственную глаголу «махать» (в смысле «суетиться, размахивать руками»). Так что предок носителя фамилии был, скорее всего, деревенским жителем, получившим меткое уличное прозвище за характер или внешность — и это прозвище закрепилось в документах.