Фамилия Торнисонов не входит в число распространённых русских фамилий, и её происхождение — скорее всего, нерусское, с заметным скандинавским или прибалтийским следом. В основе лежит имя или прозвище Торнис, которое образовано от древнескандинавского имени Тор (Thor) — имени бога грома в германской мифологии. Второй элемент «-нис» может быть патронимическим суффиксом, характерным для латышских и литовских фамилий (аналог русского «-ович»), либо адаптированной формой датского или шведского суффикса «-sen» (сын). Таким образом, Торнисонов буквально означает «потомок Торниса», где сам Торнис — это «маленький Тор» или «сын Тора».

Фамилия Торнисонов несёт двойную адаптацию: сначала скандинавское имя обрусело через прибалтийское посредничество (потеря окончания «-сен» в пользу «-с»), а затем к нему добавили русский патронимический суффикс «-ов», указывающий на принадлежность роду. Такие гибридные формы встречались у обрусевших немцев, шведов и латышей, живших на территории Российской империи, особенно в Прибалтике, Петербургской губернии или в среде остзейского дворянства. Суффикс «-ов» в конце — верный признак, что фамилия оформлялась уже по русскому образцу, скорее всего, в XIX веке, когда крестьянам и мещанам массово давали фамилии по отцу.

Вероятнее всего, предок носителя фамилии Торнисонов был либо выходцем из Швеции или Дании, осевшим в русских землях, либо латышом или эстонцем, чьё родовое имя записали на русский манер. Сословно это могли быть ремесленники, мелкие торговцы или пасторские семьи — среди лютеранского духовенства такие двойные фамилии не редкость. В России фамилия встречается крайне редко, в основном в северо-западных регионах и в Сибири, куда переселенцы уходили в XX веке. География бытования и структура корня указывают на то, что перед нами не случайное искажение, а осмысленное имя, сохранившее память о скандинавской мифологии в бытовой русской фамилии.

Если рассматривать альтернативные версии, то попытка вывести Торнисонова из русского слова «торн» (как вариант «тёрн») маловероятна: для прозвища «Тёрн» естественнее была бы фамилия Тернов или Тёрнов, а не с суффиксом «-исон». Гораздо убедительнее скандинавский след, тем более что модель «имя Тор + суффикс принадлежности» — одна из древнейших в Северной Европе, и её отголоски дошли до наших дней через прибалтийские канцелярии.