Фамилия Пятышева образована от прозвища или нецерковного имени Пятыш. В его основе лежит порядковое числительное «пятый»: так в крестьянской среде нередко называли пятого по счету ребенка в семье, и это самое простое и правдоподобное объяснение. Подобные «номерные» прозвища были широко распространены на Руси — вспомним хотя бы фамилии Шестаков, Семичев или Второв, — так что Пятышев органично вписывается в этот ряд. Менее вероятна, но возможна связь с глаголом «пятить», то есть «выставлять, выпячивать грудь или живот»: такое прозвище могло закрепиться за человеком с характерной осанкой или манерой держаться. Однако числовая версия выглядит предпочтительнее: она проще и не требует допущений о внешности.

Суффикс -ыш в прозвище Пятыш придает слову ласкательно-уменьшительный оттенок, что типично для именований детей. Позже, когда прозвище превратилось в фамилию, к основе добавился стандартный патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность потомку человека по имени или прозвищу Пятыш. Таким образом, фамилия Пятышева буквально означает «дочь или жена Пятыша», а в более широком смысле — потомок того самого пятого ребенка.

Среди носителей фамилии есть фигура, которая придает ей исторический вес. Речь о Романе Валентиновиче Пятышеве (1910–1992), авиаконструкторе, чья карьера была связана с воздухоплаванием. Он разрабатывал конструкции привязных и свободных аэростатов, оболочки дирижаблей, занимался полумягкими дирижаблями. Особую ценность представляет его методика проектирования и расчета на прочность каркасированных пленочных оболочек стратостатов — сложная инженерная задача, которую мало кто решал в отечественной практике. Так что фамилия, начавшаяся с простого деревенского прозвища, в XX веке оказалась связана с наукой и оборонной промышленностью.

Форма Пятышева — это женский вариант фамилии, характерный для русской традиции, где женские фамилии образуются добавлением окончания -а. Мужская форма — Пятышев. Распространена фамилия преимущественно в центральной России, хотя точную географию проследить сложно: в дореволюционных метрических книгах встречаются Пятышевы в разных губерниях, что говорит о независимом возникновении прозвища в разных местах.