Фамилия Тобола — редкий случай, когда географическое название стало прозвищем, а затем и фамилией, почти не изменив формы. В отличие от большинства русских фамилий на -ов, -ев или -ин, Тобола застыла в виде чистой основы, без патронимического суффикса. Это сразу указывает на её возможное нерусское происхождение или на очень раннее, архаичное закрепление прозвища.

Самый прямой путь к значению — река Тобол, левый приток Иртыша. В старой русской речи форму «Тобола» могли использовать как обиходное название реки или прилегающей к ней местности. Человека, жившего на Тоболе, выходца с этих берегов или связанного с речным промыслом, соседи могли прозвать Тоболой. Такая модель образования прозвищ по гидронимам типична для Сибири и Урала, где реки играли роль главных дорог и границ. Переселенцы из Притоболья, попадая в другие края, несли с собой это прозвище.

Есть и вторая, менее очевидная версия. В некоторых говорах «тобола» могло означать нечто неуклюжее, неповоротливое, возможно, от тюркского корня со значением «полный», «насыщенный» (сравните с казахским «толы» — полный). Однако эта гипотеза слабее: никаких устойчивых диалектных значений слова «тобола» в русском языке не зафиксировано, а связь с рекой Тобол выглядит и естественнее, и подтверждается историей заселения Сибири.

Словообразовательная модель проста: фамилия совпадает с исходным прозвищем. Суффикса нет, окончание -а указывает на женский род в грамматическом оформлении, но носителями фамилии могут быть и мужчины. В русской ономастике такие «неоформленные» фамилии чаще встречаются у украинцев, белорусов или у старообрядцев, но для Сибири это тоже норма. Окончание на -а не делает фамилию «женской» — это её историческая запись.

Социальный состав предков-носителей фамилии Тобола, скорее всего, был крестьянским или казачьим. В XVII–XVIII веках на Тоболе и Иртыше селили служилых людей, казаков и пашенных крестьян. Прозвище по реке могло закрепиться за первопоселенцем, чей двор стоял на тобольском берегу. Встретить фамилию Тобола сегодня можно в Зауралье, в Тюменской и Курганской областях, а также среди потомков сибирских переселенцев в Казахстане — там, где память о реке Тобол жива до сих пор.