Фамилия Толсташёв — редкий пример, где основа не лежит на поверхности. Вопреки первому впечатлению, её корень не «толст-» в значении «полный, упитанный». Словообразовательная модель указывает на суффикс -аш-, характерный для прозвищ, образованных от глаголов или качеств, часто с оттенком пренебрежения или интенсивности действия. Сравните: ломать — ломаш, болтать — болташ. В основе Толсташёв лежит, скорее всего, прозвище Толсташ, которое могло означать «толкач», «тот, кто толкается» (от глагола «толкать» в диалектном звучании). Переход «к» в «с» — явление нередкое в русских говорах (например, «толстать» вместо «толкать»). Таким образом, первый носитель фамилии — человек с резкими, напористыми манерами, либо тот, кто работал с толканием, например, грузчик или лодочник на переправе.

Суффикс -ёв (фонетический вариант -ев после шипящих) указывает на принадлежность: «сын Толсташа». Фамилия закрепилась в северных и центральных регионах России, где диалектная замена «к» на «с» встречается чаще. В переписных книгах XVII–XVIII веков подобные прозвища фиксировались среди крестьян и посадских людей — социальных слоёв, где прозвища давали по поведению или занятию, а не по внешности.

Версия о связи с прилагательным «толстый» маловероятна: от него образовались бы фамилии Толстов, Толстухин, но не Толсташёв. Форма с -аш- не типична для прямого описания внешности. Если бы основа была «толст-», мы бы видели Толсташов или Толсташев с ударением на первый слог, но в реальном бытовании фамилии ударение падает на последний слог (Толсташёв), что подтверждает глагольное происхождение.

Однокоренные фамилии — Толкачёв, Толкунов — близки по смыслу, но Толсташёв стоит особняком из-за редкого суффикса и диалектного искажения. В современных базах фамилия встречается единично, что говорит о её локальном характере. Носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких соседних сёл, где прозвище Толсташ было в ходу.