Фамилия Пустомолотов — один из тех случаев, когда прозвище предка почти без потерь дошло до наших дней в виде документа. Разбирать её легко: в основе лежит глагол «молоть» в прямом и переносном смысле. «Пустомол» — так в старину называли человека, который говорит много и без толку, мелет пустое, то есть болтуна, пустослова. Прямое значение слова «молоть» — дробить зерно — здесь тоже отзывается, но скорее как насмешка: мелет, да не муку, а вздор.

Модель образования типична для русских фамилий: прозвище Пустомол (или Пустомолот) было закреплено суффиксом -ов, указывающим на принадлежность роду этого человека («чей?» — «Пустомолотов»). Интересно, что в прозвище могла звучать и форма «Пустомолот» — от «молот» (инструмент), но это менее вероятно: семантика «пустого молота» не даёт ясной бытовой картинки, в отличие от пустой болтовни. Скорее всего, в произношении «т» появилось как вставное для удобства, и фамилия закрепилась в таком виде.

Географически фамилия редкая. Она не встречается в массовых списках дворянских родов или купеческих гильдий, что указывает на её крестьянское или мещанское происхождение. Носители Пустомолотовы, скорее всего, были выходцами из центральной России или Поволжья, где прозвища, основанные на чертах характера, давали особенно часто. В XIX веке такая фамилия могла означать, что предок был не прочь поговорить — и это качество запомнили соседи, а потом и переписчики в ревизских сказках.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Пустовалов, Пустозвонов, Пусторослев — показывает, что все они строились по одному принципу: корень «пуст-» плюс глагольная основа, описывающая бесполезное действие. Пустомолотов среди них выделяется именно бытовой, почти анекдотичной образностью. Если Пустовалов мог быть и «пустым валяльщиком», то Пустомолотов — однозначно говорун. Никаких других версий, кроме прозвищной, у этой фамилии нет: ни имени, ни профессии за ней не стоит.