Фамилия Толщихин — наглядный пример того, как прозвище, данное за внешность, закрепилось в родовом имени. Её основа — прилагательное «толстый», но не в прямом значении «полный, упитанный», а в старом, ныне почти забытом. В русских говорах «толстый» означало не только «тучный», но и «толстенный», «крепкий», «массивный». От этого корня образовали слово «толщина», а от него — прозвище Толщика, то есть человека плотного, коренастого, сбитого. Суффикс -их- в основе Толщих- указывает на принадлежность: Толщихин буквально значит «сын Толщики» или «из рода Толщикиных». Такая модель (основа на -их- плюс -ин) встречается реже, чем просто -ов или -ин, и характерна для северных и сибирских говоров, где охотно образовывали фамилии от прозвищ с суффиксом -иха.

В некоторых диалектах «толщик» могло быть ироничным прозвищем для человека, который, наоборот, был худым, но носил толстую одежду или имел привычку подкладывать подушки, чтобы казаться крупнее. Однако это лишь частная гипотеза, не подкреплённая массовыми записями. Основная версия — прозвище по телосложению — остаётся главной.

Географически фамилия Толщихин тяготеет к центральным и северным областям России, особенно к Вологодчине, Архангельской и Кировской областям. В этих краях суффикс -их- в фамилиях был особенно распространён. Например, в Вологодской губернии встречаются фамилии Толстиков, Толстых, а Толщихин — их менее частый, но закономерный вариант. Сословно носителями были преимущественно крестьяне и мещане, так как фамилии на -их- редко встречались у дворян.

Если посмотреть на однокоренные фамилии — Толстой, Толстухин, Толстопятов, — Толщихин стоит особняком благодаря необычной суффиксальной цепочке. В ней нет уменьшительного оттенка, как в Толстухин, и нет книжного налёта, как в Толстой. Это живое, разговорное прозвище, которое в XIX веке превратилось в фамилию. В современных справочниках фамилия нечастотная, но устойчивая — её носители живут в основном на Урале и в Сибири, куда переселились в ходе аграрных реформ.