Фамилия Тохтымамедов — один из характерных примеров того, как русская фамильная модель на -ов адаптировала тюркское личное имя. В основе лежит сложносоставное имя Тохтымамед, распространённое у многих тюркских народов, особенно у азербайджанцев, туркмен, татар и народов Дагестана. В нём два корня: «тохты» (от тюркского «тохта» — «стой, остановись») и «Мамед» (народная форма имени Мухаммед). В буквальном смысле имя означает «остановись, Мамед» или «пусть Мамед остановится». Такие имена с повелительным наклонением (Тохтасын, Тохтамыш) в прошлом давали с охранительной целью — чтобы злые силы или болезни «остановились» перед ребёнком, не навредили ему.

Суффикс -ов указывает на принадлежность: «из рода Тохтымамеда». По русской модели так образовывались фамилии от отчества, и в XIX–XX веках этот способ стал стандартным для оформления тюркских имён в документах Российской империи. Таким образом, предок носителя фамилии был человеком, которого звали Тохтымамед, а его дети и внуки стали Тохтымамедовыми.

Интересная деталь: в фамилии сохранился тюркский «сингармонизм» — гласные в слове подчинены закону гармонии (твёрдые «о», «ы», «а»). Это делает её фонетически устойчивой и легко узнаваемой среди других фамилий на -ов. Встречается она преимущественно в южных регионах России, в Азербайджане и в среде туркменской диаспоры. Споров о происхождении нет: корень прозрачен, а модель образования — одна из самых распространённых в русской антропонимии для заимствованных имён.