Фамилия Томленов — яркий пример того, как в русской ономастике личное прозвище превратилось в родовое имя. В её основе лежит глагол «томить» или прилагательное «томлёный». В словаре В. И. Даля «томить» означает «изнурять, мучить, держать в неволе, в тесноте, морить голодом, а также парить в печи (томлёное молоко)». Прозвище Томленый могли дать человеку с вялым, медлительным характером, который «томился» без дела, или, напротив, тому, кто сам кого-то изнурял — например, строгому надсмотрщику. Реже прозвище связывали с профессией: так могли назвать работника, занимавшегося томлением продуктов (например, томлёного молока или рыбы) в пекарнях или на промыслах.

Модель образования фамилии — патронимическая, с типичным русским суффиксом -ов, указывающим на принадлежность: «сын Томленого». Это одна из самых распространённых форм в центральной России, что делает фамилию не уникальной по типу, но редкой по основе. В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я) или -ский (от географических названий), Томленов стоит в ряду прозвищных фамилий, где исходное слово не было ни именем, ни профессией, а отражало внешнюю или поведенческую черту.

Интересно, что фамилия могла возникнуть и от топонима. В некоторых регионах (например, в Сибири и на Урале) встречаются названия рек и урочищ Томлена, Томленка. Если предки переселились из такого места, фамилия приобретает географическое значение: «выходец с Томленой». Однако эта версия менее вероятна: прозвищное происхождение для русских фамилий первично, а топонимы часто сами образованы от того же глагола «томить» (вялая, медленная река).

По данным открытых источников, фамилия Томленов встречается крайне редко. Основные очаги — центральные области России (Тверская, Ярославская, Московская) и Поволжье. В дореволюционных переписях она почти не фиксируется, что говорит о её позднем закреплении или о малочисленности рода. В сословном отношении носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или мещанами — дворянских родов с такой фамилией не известно.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Томилов, Томин, Томленков — показывает, что Томленов сохранил исходную глагольную форму без дополнительных суффиксов. Томилов, например, образован от имени Томило (уменьшительное от Томленый), а Томленков — с суффиксом -к-, указывающим на прозвище второго порядка. Таким образом, Томленов — самая прямая и, вероятно, древняя форма, несущая в себе непосредственную характеристику предка.