Фамилия Толемесов — редкий случай, когда географическая привязка оказывается важнее прозвища. По словообразовательной модели это типичная русская фамилия на -ов, образованная от личного прозвища или имени. Основа «Толемес» не имеет очевидных параллелей в славянской лексике, что сразу наводит на мысль о заимствовании.

Самая правдоподобная версия — тюркское происхождение основы. В тюркских языках «толемес» или близкие формы могли означать «не платящий», «не отдающий долг» (от глагола «толемек» — платить). Прозвище Толемес могли дать неплательщику, должнику или, наоборот, человеку, который не брал чужого. В русских говорах такое прозвище закрепилось бы за выходцем из татарской, башкирской или ногайской среды, особенно в южных и восточных регионах — от Астрахани до Урала. Суффикс -ов просто русифицировал тюркскую основу, превратив прозвище в фамилию.

Есть и менее вероятная версия — от календарного имени. В святцах нет имени Толемес, но в народной переделке греческих или латинских имен могло возникнуть что-то подобное. Однако ни один известный словарь личных имен такой формы не фиксирует, поэтому тюркский след выглядит убедительнее.

Фамилия очень редкая. По переписям и телефонным справочникам Толемесовы встречаются единично, преимущественно в Поволжье и на Южном Урале. Это подтверждает версию о региональном происхождении: фамилия не разошлась широко, а осталась локальной. Носители могли быть крестьянами или казаками, но точных сословных данных нет — фамилия не попала в дворянские родословные книги и не упоминается в ранних боярских списках.

В написании возможна путаница: в старых документах фамилию могли записать как Толемясов, Талимесов или даже Тюлемесов, если писарь не знал точного звучания. Но современный вариант с буквой «о» в первом слоге — основной.