Фамилия Пухтелёв — редкий случай, когда основа почти наверняка звукоподражательная, а не описательная. В отличие от большинства русских фамилий, образованных от имён, профессий или внешних черт, здесь в корне лежит глагол «пухтеть». В русских говорах это слово означало «пыхтеть, тяжело дышать, сопеть». Так могли прозвать человека за манеру дыхания: например, грузного, запыхавшегося или того, кто во сне издавал характерные звуки.

Словообразовательная модель проста и прозрачна: основа «пухтел-» (от глагола «пухтеть») плюс патронимический суффикс -ёв, указывающий на принадлежность: «Пухтелёв» — сын или потомок Пухтеля. Форма с -ёв, а не -ев, говорит о том, что в основе ударение падало на последний слог (ПухтЕль). Суффикс -ель в прозвищах встречается нечасто, но встречается — ср. фамилии Гуделёв, Сопелёв. Он придаёт основе оттенок действия или состояния: Пухтель — тот, кто постоянно пухтит.

Версия о происхождении от неканонического имени или прозвища, связанного с полнотой (от «пухлый»), менее вероятна. Хотя в народе «пухтелем» могли назвать упитанного человека, основное значение слова — именно звуковое, а не зрительное. Словарь русских говоров фиксирует «пухтеть» именно как «пыхтеть, сопеть». Поэтому первая версия надёжнее.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где диалектный глагол «пухтеть» был в ходу. Встречается она редко — носителей Пухтелёвых немного, и в списках частотных русских фамилий её нет. Это говорит о том, что прозвище Пухтель не стало массовым, а осталось локальным, семейным.

Сословное происхождение фамилии определить сложно из-за её редкости. Скорее всего, это крестьянская или мещанская фамилия, образовавшаяся в быту, а не в дворянской среде. В документах XVII–XIX веков она почти не встречается, что подтверждает её позднее закрепление и невысокий социальный статус первых носителей.