Фамилия Тепловодская принадлежит к пласту славянских фамилий, которые возникали не от имени, а от прозвища, данного человеку по месту его жительства или по роду занятий. В основе лежит сочетание «теплая вода». Так на Руси чаще всего называли незамерзающие родники, ключи и речные полыньи, а также места у теплых источников. Человек, живший у такого водоема, получал прозвище Тепловод, а его потомки, переезжая в другие края, сохраняли память о малой родине в фамилии.

Модель образования здесь классическая для восточнославянской ономастики: к основе, обозначающей географический объект, добавляли суффикс -ск-, указывающий на связь с местностью. Изначально форма Тепловодский отвечала на вопрос «чей?» или «откуда?» и означала «выходец с Теплых Вод». Женская форма Тепловодская закрепилась за дочерью или женой носителя мужской фамилии. Подобные именования, образованные по той же модели, широко представлены в ономастике восточных, западных и южных славян, что говорит об общности традиции называть человека по урочищу.

Стоит отметить, что прозвание Тепловод могло относиться не только к месту, но и к роду деятельности. В южных регионах, где зимой реки не всегда сковывал лед, «тепловодами» в шутку могли называть рыбаков, промышлявших на незамерзающих участках, или бурлаков, работавших на переправах у теплых ключей. Однако версия о происхождении от названия поселения выглядит правдоподобнее: на картах России и Украины встречаются села и хутора с корнем Тепло- (Тепловка, Теплые Воды), выходцы из которых и получали такие фамилии.

В отличие от фамилий, образованных от крестильных имен, Тепловодская не несет отпечатка церковного календаря. Она относится к более позднему, «географическому» слою, который активно формировался в XVI–XVII веках, когда за крестьянами и служилыми людьми закреплялись прозвания по месту их прежнего жительства. Это типичная «природная» фамилия, каких много в русском, украинском и белорусском ономастиконе: она рассказывает не о характере предка, а о пейзаже, в котором он жил.