Фамилия Талес — редкий случай в русском ономастиконе. Она не вписывается в привычные модели на -ов, -ин или -ский, а её основа звучит не по-славянски. Скорее всего, перед нами фамилия позднего происхождения, связанная с интеллигенцией или духовенством.

Самый вероятный путь образования — от имени древнегреческого философа Фалеса Милетского (ок. 640–546 гг. до н. э.). В русской традиции его имя долго передавали как «Талес» (через «Т»), и эта форма закрепилась в дореволюционных учебниках и словарях. Фамилию Талес мог получить семинарист или выпускник духовной академии: в среде русского духовенства было принято давать «искусственные» фамилии по именам античных мыслителей, библейских персонажей или латинских терминов. Так появились, например, Аристотелев, Платонов, Цицеронов, а также Талес.

Менее вероятно, но не исключено, что фамилия происходит от прозвища. В некоторых говорах «талес» или «талеса» могло означать рослого, нескладного человека — от диалектного «талас» (суета, беспорядок) или «талесить» (шататься без дела). Однако эта версия слабее: у прозвищной фамилии скорее было бы окончание -ов (Талесов), а не чистая основа.

География фамилии узкая. По данным переписей и телефонных справочников, Талесы встречаются в основном в центральной России и на юге, но единично. В XIX веке носители могли быть выходцами из духовного сословия — учителями, священниками, псаломщиками. В советское время фамилия почти исчезла, что тоже говорит в пользу её книжного, а не народного происхождения.

В написании путаница была всегда. В метрических книгах встречаются варианты Талес, Талез, Таллес, а также Фалес (с возвратом к греческому корню). Современная форма Талес — результат упрощения, когда буква «Ф» заменилась на «Т», а двойное «л» ушло.