Фамилия Толсых — редкий случай, когда географическая привязка видна сразу, ещё до разбора корня. Окончание -ых (или -их) — верный признак севернорусских и сибирских фамилий, которые бытовали в Архангельской, Вологодской, Вятской губерниях и у казачества. Такие фамилии отвечали на вопрос «чьи?»: Толсых — из семьи Толстых, но в местном говоре.

В основе, скорее всего, лежит прозвище Толстой — человек полный, дородный, солидный. В северных говорах слово «толстый» могло звучать как «толсой» (с твёрдым «с»), отсюда и форма Толсых. Второй вариант — вариант фамилии Толстых, закрепившийся в документах из-за особенностей произношения или неграмотной записи писарями. Третий, менее вероятный, — связь с диалектным глаголом «толсить» (делать толстым, утолщать), но тогда прозвище звучало бы как Толса или Толсик, а не Толсой.

Суффикс -ых в фамилиях часто указывал на целый род, а не на одного человека. Если в деревне жили Толсые, то про любого из них говорили: «он из Толсых». Позже это застыло в паспорте как неизменяемая фамилия. Поэтому предки носителя фамилии Толсых — скорее всего, крестьяне или ремесленники из северных или сибирских регионов, где такие формы были нормой.

В написании фамилии возможна путаница: в старых метрических книгах могли записать и Толстых, и Толсых, и даже Толзых — из-за аканья и шепелявости писаря. Современное написание Толсых — это либо сознательный выбор семьи, сохранившей диалектную форму, либо ошибка, закрепившаяся в советских документах.