Фамилия Тохтамова (мужская форма — Тохтамов) — одна из тех, что выдают восточное, скорее всего тюркское, происхождение. Её основа — имя Тохтам, которое можно разобрать на две части. Первая, «тохта», означает «стой», «остановись» или «не уходи», а вторая — аффикс принадлежности или уменьшительности. В тюркских языках такие имена-пожелания были распространены: родители давали ребёнку имя, которое должно было его уберечь, «остановить» в этом мире, защитить от смерти или болезней. Сравните с фамилиями Тохтаров, Тохтахунов — у них общий корень.

Модель образования фамилии через суффикс -ов/-ев типична для русского ареала, куда фамилия попала вместе с носителями из татарской или другой тюркской среды. Встречаются варианты написания через «а» и «о» во втором слоге (Тохтамова и реже Тохтомова), что связано с особенностями произношения в разных диалектах. Географически фамилия чаще фиксируется в Поволжье, на Урале и в Западной Сибири — регионах, где исторически были сильны татарские и башкирские общины.

Словообразовательный суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Тохтамов, то есть потомок человека по имени Тохтам. В отличие от фамилий на -ин, которые чаще образуются от основ на -а/-я, эта модель универсальна для мужских имён, оканчивающихся на согласный. Поскольку имя Тохтам не было каноническим в православных святцах, предки носителей фамилии, скорее всего, были мусульманами или принимали крещение, но сохраняли родовое имя как фамильное прозвище.

Среди известных носителей фамилии можно назвать спортсменок, например, гимнасток, но в целом фамилия не слишком распространена и не входит в число частотных. Её редкость и прозрачная тюркская этимология делают её хорошим примером того, как имя-оберег превратилось в наследственную фамилию, перешагнув через языковые и культурные границы.