Фамилия Пухтеев — один из тех случаев, когда внешне неблагозвучная основа скрывает либо профессиональное прозвище, либо диалектное слово. Самое простое объяснение — связь с глаголом «пухтеть» или «пухтить», что в северных и сибирских говорах означало «тяжело дышать, пыхтеть, сопеть». Прозвище Пухтей могли дать человеку грузному, страдающему одышкой, либо тому, кто работал с натугой, с пыхтением — например, кузнецу или грузчику.

Однако есть и другая, более конкретная версия. В старых русских диалектах словом «пухтей» называли наёмного работника, батрака, который выполнял самую тяжёлую работу «за пых», то есть за изнурительный труд. В этом случае фамилия указывает не на внешность, а на социальное положение предка: он мог быть вольнонаёмным чернорабочим, подёнщиком. Такая трактовка встречается реже, но она точнее, так как объясняет, почему прозвище закрепилось, а не было случайным.

Словообразовательная модель типична для русского севера и Поволжья: основа на -ей (Пухтей) + патронимический суффикс -ев, который присоединялся к основам на мягкий согласный. Фамилия могла возникнуть и от имени-прозвища Пухтень — по аналогии с «пыхтень». В любом случае, это не книжная, а сугубо народная, бытовая фамилия, распространённая в основном среди крестьянства.

Географически Пухтеевы чаще всего встречаются в Вологодской, Архангельской областях и в Пермском крае — в зоне бытования севернорусских говоров, где глагол «пухтеть» был в ходу. В центральных областях фамилия редка, что подтверждает её диалектную природу. Однокоренные фамилии — Пухтин, Пухтаев, Пыхтеев — все они образованы от близких звукоподражательных основ, но Пухтеев выделяется именно значением «тяжело работающий».