Фамилия Тохтомишева — женская форма мужской фамилии Тохтомишев. В основе лежит тюркское личное имя Тохтамыш (в русской передаче часто Тохтомыш). Это имя было широко распространено в татаро-монгольской среде и имеет прозрачную этимологию: от тюркского глагола «тохта» — «остановись», «стой», «задержись». В родительском пожелании имя означало «пусть остановится (смерть, беда, злой рок)» или «крепкий, устойчивый». Самый известный носитель имени — хан Золотой Орды Тохтамыш (конец XIV века), разоривший Москву в 1382 году. Однако фамилия не обязательно восходит именно к нему: имя было ходовым и у простых людей, особенно среди татар, башкир и других тюркских народов.

Суффикс -ев (вариант -ов после мягких согласных и шипящих) в фамилии Тохтомишев указывает на модель образования от отчества или прозвища. То есть Тохтомишев — это «сын Тохтомиша», где Тохтомиш — русифицированная форма имени Тохтамыш. Переход «а» в «о» в корне («Тохтомыш» вместо «Тохтамыш») типичен для русского произношения тюркских заимствований, особенно в диалектах Поволжья и Приуралья. Это же явление видно в однокоренных фамилиях: Тохтамышев, Тохтомысов, Тохтаров.

Географически фамилия Тохтомишева (и мужской вариант) встречается в основном у татар, башкир, а также у русских, имеющих тюркские корни. Встречается в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской, Челябинской, Самарской областях. Социальный контекст: предки носителя фамилии могли быть крестьянами или служилыми людьми, принявшими православие и получившими фамилию по отцу-мусульманину. В дворянских родословных эта фамилия не зафиксирована, что говорит о её народном, неаристократическом происхождении.

Спорных версий у фамилии немного. Иногда имя Тохтамыш ошибочно связывают с монгольским «тухум» (племя, род) или с арабским «такдир» (судьба), но лингвистически убедительнее тюркская основа «тохта-». Таким образом, фамилия Тохтомишева — не просто отсылка к известному историческому деятелю, а указание на древнее имя-оберег, которое давали ребёнку, чтобы уберечь его от бед.