Фамилия Талменева — женская форма, а мужская, Талменев, образована по простой и распространённой модели: от прозвища или имени с помощью суффикса -ев. Этот суффикс, как и -ов, указывал на принадлежность: Талменев — сын или потомок человека по прозвищу Талмень. Само прозвище Талмень — слово неочевидное, и здесь открывается простор для исторической реконструкции.

Скорее всего, основа связана с диалектным словом «талмень» или «толмень». В говорах Русского Севера и Сибири так называли глубокое место в реке, омут, яму под водой. Прозвище могли дать человеку, жившему у такого омута, либо рыбаку, который знал все талмени. Возможна и другая версия: «талмень» — вариант слова «толмач» (переводчик, толкователь), но она менее вероятна из-за фонетического расхождения: переход «ч» в «нь» нехарактерен для русского языка, хотя не исключён в диалектной речи.

Есть и более редкая гипотеза, связывающая фамилию с тюркскими корнями, например, с татарским «тал» (ива) или «талман» (переводчик). Но в пользу именно русской, северной версии говорит география: фамилия Талменев встречается в Вологодской, Архангельской областях и на Урале — в тех местах, где слово «талмень» в значении «омут» действительно употреблялось. В словаре Владимира Даля это слово зафиксировано как раз в архангельских и сибирских говорах.

Таким образом, предок современных носителей фамилии, скорее всего, жил на севере или востоке России, у реки, и получил прозвище по характерному признаку места — глубокому омуту, талмени. Фамилия недворянская, крестьянская или посадская, что типично для прозвищ, привязанных к ландшафту.