Фамилия Талмачов — один из тех случаев, когда написание хранит память о произношении, а основа — о давно исчезнувшей профессии. В основе лежит слово «талмач» — старорусское и диалектное название переводчика, толмача. «Толмач» (от тюркского tilmač) в древнерусском языке звучало и как «толмачь», и как «талмачь»: чередование гласных «о/а» в безударной позиции давало на письме оба варианта. Фамилия образована по стандартной патронимической модели: Талмач — Талмачов, то есть «сын Талмача». Суффикс -ов указывает на принадлежность, а форма на -ов, а не на -ев, закрепляет твёрдое окончание основы (ч в данном случае ведёт себя как твёрдый согласный, хотя исторически был мягким).

Интересно, что в центральных русских говорах закрепилось написание «Толмачёв» — через «о» и с ударным «ё». Вариант «Талмачов» встречается реже и чаще фиксируется в южнорусских и украинских регионах, где аканье (произношение «о» как «а») было сильнее и отражалось в документах. Таким образом, Талмачов и Толмачёв — не разные фамилии, а фонетические дублеты одного корня. Предок носителя фамилии, скорее всего, был толмачом — устным переводчиком, посредником при переговорах с иноязычными купцами, послами или военными. В допетровской Руси толмачи состояли в штате Посольского приказа, но были и вольные толмачи при торгах и ярмарках.

Словообразовательно фамилия прозрачна, но её редкость в современной России (по сравнению с Толмачёвым) делает её хорошим маркером регионального происхождения рода. Если искать Талмачовых, логичнее всего смотреть в сторону Курской, Белгородской, Воронежской областей, а также бывших земель Слобожанщины. Двойное написание — через «а» и «о» — не ошибка, а живое свидетельство диалектной истории, застывшее в фамилии.