Фамилия Тепловодский — редкий пример, где основа состоит из двух корней, а не из одного слова или прозвища. Она образована от сочетания «тепло» и «вода», а суффикс -ск- указывает на типично польский или украинский способ формирования фамилий по географическому принципу. В русской ономастике фамилии на -ский чаще всего носили дворяне или духовенство, но в случае Тепловодского речь идёт не о знатном роде, а о прозвищной основе, которая закрепилась за человеком по месту жительства или роду занятий.

Скорее всего, предок носителя фамилии жил у тёплого источника, родника или реки, вода в которой не замерзала зимой. Такие места на Руси называли «Тёплая Вода», «Тепловодье» или просто «Тепловодка». От названия урочища или деревни и пошла фамилия: человек, переселившийся из Тепловодки, получал прозвище Тепловодский — «тот, кто с Тёплой Воды». На Украине и в южных областях России до сих пор встречаются хутора и сёла с похожими названиями, хотя в современных справочниках они редки.

Вторая версия, менее вероятная, но допустимая: прозвище Тепловод могли дать человеку, который работал с горячей водой — например, банщику, водовозу, обслуживающему купальни, или даже пивовару, использующему тёплую воду для варки сусла. Однако суффикс -ский в этом случае выглядит искусственно: такие фамилии обычно образовывались от названий мест, а не от профессий напрямую. Сравните с фамилиями Теплов или Тепляков — они образованы проще, без топонимической приставки.

Словообразовательная модель Тепловодского уникальна тем, что соединяет два исконно русских корня, но оформляет их по польско-шляхетскому образцу. Это говорит о том, что фамилия могла сложиться на территории Речи Посполитой или в западнорусских землях, где смешивались славянские ономастические традиции. В чисто великорусской среде такую фамилию вряд ли бы дали — скорее появился бы Тепловодов или Тепловодцев.

В современных базах фамилия встречается крайне редко, в основном в центральной России и на Украине. Носители Тепловодского, скорее всего, происходят из крестьян или мещан, получивших фамилию при переписях XIX века по названию родной деревни. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.