Фамилия Пыхтометьев — один из тех редких случаев, когда за внешне сложной и даже несколько комичной формой скрывается совершенно прозрачная профессиональная основа. Она образована от прозвища Пыхтомет, которое в XVI–XVII веках давали артиллеристам или мастерам, работавшим с огнестрельным оружием. «Пыхтеть» в русских говорах значило пыхтеть, издавать глухой звук при выдохе или работе, а «метать» — бросать, кидать. Вместе прозвище буквально описывало человека, который «мечет пых» — то есть стреляет с характерным пыхтящим звуком, как при выстреле из пищали или пушки.

Словообразовательная модель здесь нестандартная. Суффикс -ьев указывает на принадлежность («чей?»), но присоединён он не к личному имени, а к целому глагольно-именному обороту. В русской ономастике такие фамилии встречаются редко: обычно они возникали у людей, чьё прозвище уже было составным (сравните с фамилиями Пусторослев, Самосудов или Борткевич). Фамилия Пыхтометьев могла закрепиться за сыном или внуком пушкаря, который сам уже не стрелял, но сохранил родовое прозвище.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где в XVI–XVII веках были распространены служилые люди «по прибору» — пушкари, затинщики, воротники. В переписных книгах Вологды, Устюга или Великого Новгорода можно встретить прозвищные формы вроде Пыхтомет, но сама фамилия в документах XVIII века почти не фиксируется. Это говорит о её крайней редкости: скорее всего, носители были немногочисленны и жили компактно в одном уезде.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые могли образоваться от любого имени или прозвища, форма на -ьев здесь подчёркивает, что основа — не имя, а именно прозвище, причём не односложное. Такие фамилии редко попадали в дворянские родословные книги: пушкари в основном были людьми тяглыми, посадскими или «служилыми по прибору», а не по отечеству. Поэтому Пыхтометьевы, скорее всего, происходят из среды ремесленников или низших военных чинов допетровской Руси.

Сегодня фамилия встречается единично. Её носители, если они есть, могут с уверенностью считать, что их предок был человеком дела, связанного с огнём и металлом, — возможно, литейщиком, кузнецом или артиллеристом. В любом случае, прозвище Пыхтомет звучало для современников не смешно, а скорее уважительно: оно указывало на опасную и важную работу.