Фамилия Пустомолотова — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти не требует расшифровки: оно построено на прямом, бытовом значении слов. В ней слышен укор или насмешка над человеком, который «пусто мелет» — то есть говорит вздор, болтает без толку или занимается бесполезным делом. Глагол «молоть» в переносном смысле («молоть языком», «молоть чепуху») известен в русских говорах с XVII века, и прозвище Пустомолот, скорее всего, дали пустослову или пустому хвастуну.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: основа «пустомолот» (сложение корней «пуст-» и «молот-») плюс типичный русский суффикс -ов. Окончание -а указывает на женскую форму фамилии (Пустомолотова), а мужской вариант — Пустомолотов. Суффикс -ов, самый распространённый в русских фамилиях, закрепился за потомками человека по прозвищу Пустомолот: буквально «чей?» — «Пустомолотов», то есть сын или внук Пустомолота.

Интересно, что в отличие от большинства «говорящих» фамилий на -ов, эта не утратила внутренней формы. Сравните с фамилиями Балаболкин, Пустозвонов или Пустословов — все они из того же гнезда, но Пустомолотовых отличает редкая прямота: прозвище не скрыто за уменьшительным суффиксом или затемнённым корнем. Вероятно, в основе лежало не столько ремесло (хотя «молот» — это и инструмент, и действие), сколько характеристика речи или поведения. Вряд ли предок был молотобойцем, который «пусто молотит» — слишком надуманно; народная этимология здесь совпадает с реальной.

Географически фамилия встречается спорадически, без выраженного гнезда. По данным открытых источников, Пустомолотовы и Пустомолотовы рассеяны по разным регионам России — от Урала до центральных областей, но нигде не образуют плотных скоплений. Это подтверждает, что фамилия возникла не в одном локальном роду, а независимо в разных местах как прозвище, данное разным людям за сходный недостаток.

В дореволюционных переписях фамилия не фиксируется среди дворянства или купечества — скорее всего, предки были крестьянами или мещанами. Прозвище Пустомолот не могло быть почётным, а значит, его носитель либо смирился с насмешливым именем, либо оно закрепилось за его потомками уже как фамилия, когда первоначальный смысл стёрся. В любом случае, Пустомолотова — один из тех редких примеров, когда фамилия не требует словаря: она сама рассказывает о себе.