Фамилия Томышева — женская форма фамилии Томышев. В основе, скорее всего, лежит прозвище или нецерковное имя Томыш. Это уменьшительно-ласкательная форма одного из крестильных имён: Фома (в народном произношении — Хома) или Том (редкое, но встречавшееся в святцах имя). Суффикс -ыш в русской ономастике характерен для прозвищ и имён, образованных по той же модели, что и Малыш, Голыш, Кудряш. Изначально Томышем могли называть человека невысокого роста, младшего в семье или просто ласково — по имени.

Модель образования фамилии — стандартная для русской патронимии: основа Томыш + притяжательный суффикс -ев (в мужском роде). Фамилии на -ев обычно принадлежали людям, чьи предки носили прозвища или имена на мягкий согласный или -й. В данном случае основа оканчивается на шипящий, что тоже даёт суффикс -ев, а не -ов. Таким образом, Томышев буквально означает «сын Томыша».

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и украинским говорам, где имя Фома часто произносили как «Хома», а уменьшительные формы вроде Хомыш или Томыш были особенно распространены. В некоторых областях (например, на Смоленщине или в Белгородчине) фамилия могла возникнуть независимо от разных диалектных вариантов имени Фома.

Другая, менее вероятная версия — связь с тюркским словом «томыш» (в значении «потомок», «отпрыск»). Но для русской фамилии это нетипично: суффикс -ыш в тюркских языках не образует прозвищ, а сама фамилия не имеет характерных тюркских маркеров (например, окончаний на -ов/-ев в таком случае встречаются у обрусевших татарских фамилий, но основа должна была бы быть более прозрачной). Поэтому версия с именем Фома остаётся основной.

В дореволюционных источниках фамилия встречается в основном в крестьянской и мещанской среде, что типично для патронимических фамилий, образованных от народных форм канонических имён. Знатных родов с такой фамилией не зафиксировано.