Фамилия Пусторнаков — одна из тех, что ставит перед исследователем сразу несколько загадок. Главная трудность в том, что её основа не лежит на поверхности. В ней отчётливо слышится корень «пуст-», но что такое «-орнак» — приходится разбираться, отбросив очевидные ассоциации.

Скорее всего, перед нами прозвище, образованное от двух основ: «пустой» и «торнак». Слово «торнак» в русских говорах, особенно южных и западных, имело значение «мешок», «котомка», «сума». «Пустой торнак» — так могли назвать бедного человека, у которого за душой ни гроша, или, напротив, того, кто носил пустую торбу (например, неудачливого торговца или путника без припасов). Со временем «Пусторнак» превратилось в фамилию, а суффикс -ов добавил значение принадлежности: «сын Пусторнака».

Есть и другая, менее вероятная версия, связывающая фамилию с тюркским словом «орнак» — «узор», «орнамент». В этом случае «Пусторнак» могло означать человека, чей узор или знак был пустым, то есть лишённым содержания. Но для этой гипотезы нет надёжных подтверждений в русской ономастике, и первая версия выглядит убедительнее: она опирается на живую диалектную лексику.

Сама фамилия — редкая. Она не встречается в старых боярских списках или родословных книгах, что указывает на её происхождение в крестьянской или мещанской среде. Географически Пусторнаковы чаще всего фиксируются в центральных и южных областях России — там, где слово «торнак» было в ходу.

В написании фамилии стоит обратить внимание на букву «о» в середине: «Пусторнаков», а не «Пусторноков». Это указывает на то, что в основе было именно «торнак», а не «торнок» — ещё один довод в пользу прозвищной версии.