Фамилия Талтыгин — один из тех редких случаев, когда основа, скорее всего, не русская, а тюркская, а вот суффикс и форма — чисто русские, великорусские. На это указывает суффикс -ин, который в русской модели фамилий присоединяется к основам на -а/-я (как Пушкин, Ильин) или к прозвищам, обозначающим людей и животных. Однако в данном случае суффикс прирос к основе, которая в русском языке самостоятельного значения не имеет.

Самая правдоподобная версия возводит фамилию к тюркскому прозвищу Талтык или Талтыга. В татарском, башкирском и других тюркских языках «талтык» означает «хромой», «колченогий», «припадающий на одну ногу». Человек с такой походкой или травмой ноги мог получить прозвище Талтык, а его потомки в русской среде стали Талтыгиными. Форма «Талтыга» могла возникнуть как русифицированный вариант того же корня с добавлением окончания -а, которое затем дало фамилию на -ин.

Менее распространённая, но тоже возможная версия связывает фамилию с диалектным глаголом «талтыкать» (или «талдыкать»), который в некоторых говорах означал «говорить невнятно, бормотать, повторять одно и то же». Однако эта версия слабее: во-первых, такой глагол встречается редко и не зафиксирован в центральных областях, где фамилия могла бы закрепиться, а во-вторых, от него логичнее было бы образовать фамилию Талдыкин или Талдыков.

География фамилии Талтыгин довольно узкая. Основной ареал — Заволжье, особенно Самарская и Оренбургская области, а также Татарстан. Это как раз те регионы, где веками жили бок о бок русские и тюркские народы, и где прозвища из татарского языка легко переходили в русские фамилии. Встречается фамилия и у казаков (в Оренбургском казачьем войске), что тоже характерно для пограничных зон, где смешивались языки и культуры.

С точки зрения социальной истории, Талтыгины — это, скорее всего, потомки крестьян или однодворцев, получивших фамилию по прозвищу предка. Никаких следов дворянства или купечества эта фамилия не несёт. В написании фамилия устойчива: вариантов вроде Толтыгин или Талдыгин практически не встречается, что говорит о поздней и фиксированной записи в метрических книгах. Таким образом, Талтыгин — почти наверняка «хромой» по-тюркски, но по-русски оформленный.