Фамилия Пыхалов образована по типичной для восточных славян модели с суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: Пыхалов буквально означает «сын Пыхала» или «из рода Пыхала». В основе лежит личное прозвище Пыхало, а оно, в свою очередь, восходит к глаголу «пыхать» — то есть «дышать тяжело, пышать жаром, пылать». Прозвище могли дать человеку с тяжёлым дыханием, одышкой, либо, что не менее вероятно, вспыльчивому, горячему, запальчивому человеку, который «пыхает гневом». В некоторых говорах «пыхать» значило также «хвастать, бахвалиться», так что нельзя исключать и прозвище хвастуна.

Словообразовательная цепочка простая: прозвище Пыхало → отчество Пыхалов → фамилия Пыхалов. Такая модель широко представлена у всех славянских народов, поэтому фамилия действительно вписывается в общеславянский ономастический контекст. Однако у этой фамилии есть и редкая особенность: основа на «-ал-» с суффиксом -ов встречается заметно реже, чем, скажем, фамилии от крестильных имён на -ин или -ов от прилагательных. Это делает Пыхаловых заметными среди соседних родовых прозваний.

Прозвища, от которых пошли фамилии, в XV–XVII веках часто закреплялись за конкретным человеком и затем переходили к детям без изменений. Пыхало мог быть крестьянином, ремесленником или служилым человеком — прозвище не указывает на сословие, оно описывает личную черту. В писцовых книгах и переписях Русского Севера и Поволжья встречаются аналогичные именования, что косвенно говорит о распространении фамилии в этих регионах, хотя точную географию без генеалогических изысканий назвать сложно.

Родственными по корню фамилиями можно считать Пыхтин, Пыхачев, Пыхов. Они образованы от тех же основ, но с другими суффиксами, и их носители — не обязательно родня Пыхаловым, а скорее потомки людей с похожими прозвищами из разных мест. Стоит отметить, что в некоторых говорах слово «пых» означало также «запах, дух», поэтому в отдельных случаях Пыхаловым могли прозвать человека с резким запахом — но эта версия менее правдоподобна, так как основное значение глагола всё же связано с дыханием и жаром.

Процесс формирования фамилии у Пыхаловых, как и у большинства русских родов, мог быть длительным и не всегда привязан к одной местности. Фамилия передавалась из поколения в поколение и по сей день хранит память о прозвище предка. Окончательно говорить о точном времени и месте возникновения конкретной ветви Пыхаловых можно лишь на основании серьёзных генеалогических исследований, например, по архивным переписям или метрическим книгам. Но уже сам разбор основы даёт ясное представление: предок нынешних Пыхаловых был человеком заметным — либо с тяжёлым дыханием, либо с горячим нравом, и это прозвище оказалось настолько цепким, что пережило столетия.