Фамилия Пустоцветова — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти не требует расшифровки. «Пустоцвет» в русских говорах — бесплодный цветок, который не даёт завязи и плода. В переносном смысле так называли человека неосновательного, легкомысленного, от которого нет настоящей пользы, либо того, кто много обещает, но ничего не выполняет. В словаре Владимира Даля «пустоцвет» и «пустоцвёт» прямо указаны как бранное прозвище для пустого, вздорного человека.

Фамилия образована по стандартной модели: к основе «Пустоцвет» добавили суффикс -ов, а затем женское окончание -а. Суффикс -ов в этом случае указывает на принадлежность: Пустоцветова — дочь или жена Пустоцвета. Мужской вариант — Пустоцветов. Такая модель типична для северных и центральных областей России, где фамилии на -ов распространены шире всего.

Слово «пустоцвет» могло быть не только прозвищем, но и мирским именем. В древнерусской традиции родители иногда нарекали детей именами с отрицательным значением — чтобы обмануть злых духов или, наоборот, чтобы ребёнок вырос полной противоположностью прозвищу. Однако в случае с Пустоцветовым это менее вероятно: слишком яркая негативная окраска, такое имя вряд ли дали бы сознательно. Скорее всего, прозвище закрепилось за взрослым человеком — либо за его характер, либо за бесплодность (например, за бездетность, что в крестьянской среде считалось серьёзным недостатком).

Фамилия встречается крайне редко. Основные очаги — Центральная Россия и Поволжье, но точной географии без специального исследования не выявить. В дореволюционных источниках Пустоцветовы могли быть и крестьянами, и мещанами: прозвищные фамилии такого типа не привязаны к одному сословию.

Из однокоренных фамилий можно вспомнить Пустоцветкина, Пустоцветова и Пустошного. Все они построены вокруг той же метафоры «пустоты» и «бесплодия», что подчёркивает устойчивость этого образа в народной культуре.