Фамилию Пустоозёров не выведешь из прозвища «пустоозёр» — такого слова в русском языке не было. Её основа — топоним Пустоозеро, название нескольких озёр и поселений на Русском Севере, особенно в Архангельской области. Самое известное — Пустозерск, город-крепость в низовьях Печоры, где в XVII веке сожгли протопопа Аввакума. Жителей тех мест называли пустоозёрами, а их потомков — Пустоозёровыми.

Модель образования типична для фамилий северных и сибирских территорий: суффикс -ов добавляли к прозвищу, образованному от названия места жительства. Если человек переезжал, за ним закреплялось «пустоозёр» — выходец с Пустоозера. Форма на -ов, а не на -ский, говорит о том, что фамилия сложилась в крестьянской или посадской среде, а не в дворянской: землевладельцы чаще брали фамилии на -ский по названиям вотчин.

Сам топоним Пустоозеро, скорее всего, не про пустоту, а про «пустое» в смысле незаселённое, дикое место — озеро среди тундры или глухого леса. Вторая версия: от финно-угорской основы, переосмысленной русскими переселенцами. Но для фамилии это уже неважно — главное, что предки Пустоозёровых жили на одном из многих Пустоозер, а не у «пустого озера» в прямом смысле.

Фамилия редкая, почти не встречается за пределами Архангельской области и Коми. В XIX веке носители были государственными крестьянами, рыбаками и охотниками. Ударение в фамилии стабильно падает на последний слог — Пустоозёров, хотя местные старожилы могли произносить и с ударением на второй слог: Пустозёров, стягивая слово.