Фамилия Толстелева — женская форма фамилии Толстелев. Её основа почти наверняка связана не с тучностью, а с диалектным словом «толстель» или «толстело». В русских говорах так называли толстую палку, дубину, обрубок дерева. Человек, получивший прозвище Толстель или Толстело, мог быть плотным, коренастым — либо, наоборот, обладателем грубой, «дубинной» натуры. В ономастике это пример прозвища по внешнему сходству или по поведению, по тому же принципу, что и фамилии Дубина, Орясина.

Модель образования типична для русских фамилий: основа на -л- (Толстел-) плюс суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Толстеля). Суффикс -ев, а не -ов, ставится после мягкого согласного или шипящего. В данном случае буква «л» в основе могла смягчаться, давая форму Толстелев. Фамилия редкая, встречается в основном в центральных и северных регионах России, что согласуется с бытованием диалектного слова.

Спорных версий здесь немного. Можно было бы предположить связь с прилагательным «толстый» через усечение, но это дало бы скорее Толстов или Толстяков. Форма на -елев однозначно отсылает к существительному на -ель. Фамилия не дворянская и не семинарская — это крестьянское или посадское прозвище, закрепившееся в документах XVI–XVII веков, когда активно фиксировали «уличные» имена. Словарь русских фамилий Б. Унбегауна относит подобные образования к группе прозвищ от названий предметов, без дополнительной социальной нагрузки.

Если искать однокоренные фамилии, то это Толстелев, Толстелёв, а также более редкие Толстелин и Толстель. Все они восходят к одному корню, но различаются суффиксами: -ев, -ин, нулевой. Фамилия Толстелева, таким образом, несёт в себе отпечаток диалектной речи и бытовой наблюдательности предков, которые давали прозвища по самой заметной черте — будь то внешность, характер или подручный предмет.