Фамилия Талвинский — редкий случай, когда географическое имя, скорее всего, не связано с реально существующим топонимом. В русской ономастике фамилии на -ский традиционно указывают на владельческое село или уезд: князь Трубецкой владел Трубчевском, дворянин Вяземский — Вязьмой. Но топонима «Талва» или «Талвино» на картах России и сопредельных земель нет. Это заставляет искать корень в другом.

Основа «Талв-» почти наверняка восходит к финно-угорскому слову «talvi» — «зима». Такое прозвище или родовое имя могло возникнуть у народов Прибалтики или финно-угорских групп северо-запада (карелы, вепсы, ижора). В прибалтийско-финской среде «Талви» — нередкое личное имя, которое давали ребёнку, родившемуся в зимнее время, или человеку с «холодным» нравом. Суффикс -ский в русской огласовке «Талвинский» — это уже поздняя русификация: при переходе в православие или при записи в ревизские сказки местный «Талви» мог превратиться в «Талвин», а от него по модели «князь Трубецкой» образовали фамилию «Талвинский».

Версия о польском корне (от «talwa» — «тарелка, блюдо») менее вероятна: в польском языке такое слово не зафиксировано как распространённое прозвище, а для фамилий на -ский в Польше нужна конкретная местность. Скорее всего, носители фамилии — потомки обрусевших карел или вепсов, переселившихся в центральные губернии России в XVII–XIX веках. Фамилия встречается в единичных записях в Петербургской и Новгородской губерниях — как раз на стыке славянского и финно-угорского миров. Сословно Талвинские, вероятно, были крестьянами или мещанами: дворянские роды с таким окончанием обычно имеют документированную усадьбу, а здесь её нет.