Фамилия Толис — редкий случай, когда написание почти полностью совпадает с произношением, и это может подсказать её происхождение. В русских фамилиях конечное -ис встречается нечасто: обычно оно указывает либо на латышские или литовские корни (ср. латышские фамилии на -ис, -ит), либо на искусственное происхождение (например, семинарские фамилии). В случае с Толис наиболее вероятна первая версия: фамилия могла возникнуть на стыке балтийских и славянских земель, где окончание -ис — это типичный латышский патронимический суффикс, означающий «сын такого-то». То есть Толис — это «сын Тола», а Тол — либо короткая форма от имени Анатолий (через народное «Толя»), либо прозвище, связанное с глаголом «толочь» (толис — тот, кто толчёт, мельник или работник с пестом).

Вторая, менее вероятная, но возможная версия — что фамилия происходит от литовского слова tolis (даль, отдалённое место). В таком случае Толис могло быть прозвищем человека, жившего на отшибе, в глуши. Однако литовские фамилии чаще оформляются на -ис, чем на -ис, и в Литве такая фамилия не зафиксирована как распространённая.

Суффикса -ов или -ин в фамилии нет, что говорит о позднем закреплении: она не прошла стандартную для русских фамилий модель с притяжательными суффиксами. Это либо фамилия латышского крестьянина, попавшая в русские документы при переписях XIX века, либо редкий случай, когда польская или белорусская основа (Толис как вариант от Толиш) была адаптирована на слух. Географически фамилия тяготеет к западным регионам бывшей Российской империи — Латгалии, Витебщине, Смоленщине, где латышское и белорусское население жило вперемешку.

По сословной принадлежности — скорее всего, крестьянская или мещанская. Дворянских родов с такой фамилией в гербовниках нет. В современной России Толис встречается единично, в основном в Ленинградской области и Москве — как следствие миграции из Прибалтики в советское время.