Фамилия Тотымачевы — редкий случай, когда географическая привязка к конкретному месту почти наверняка перевешивает все прочие версии. Основа фамилии — топоним Тотыма, который без труда опознаётся как вариант названия города Тотьма в Вологодской области. В местных говорах и в исторических документах XVII–XVIII веков название нередко писалось через «ы»: Тотыма. Отсюда и прозвище переселенца — Тотымач, то есть «выходец из Тотьмы». Человек, приехавший из этого города в другую местность, получал прозвище по месту прежнего жительства, а его дети и внуки уже стали Тотымачевыми.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: чей? — Тотымачев. Это стандартная патронимическая модель, но с нестандартной основой. Обратите внимание: суффикс не -ов, а -ев, что говорит о мягком окончании исходного прозвища (Тотымач, а не Тотымак). В русской ономастике такая форма характерна для северных и северо-восточных территорий, где прозвища на -ач были распространены (ср. Торопча, Каргополец, Тотымач).

Менее вероятная, но допустимая версия — происхождение от личного имени Тотыма. В некоторых регионах бытовало календарное имя Фотий, которое в народной речи могло исказиться до Тот, Тотя, Тотыма. Однако никаких документальных подтверждений бытования такого имени в крестьянской среде нет, тогда как прозвище по названию города — типичный случай для русского Севера, где фамилии часто образовывались от названий соседних городов и сёл.

Фамилия чрезвычайно редкая. Если судить по географии носителей, подавляющее большинство Тотымачевых до сих пор живёт в Вологодской и соседних областях (Архангельская, Кировская). Это косвенно подтверждает версию о выходцах из Тотьмы: миграция была недальней, внутри одного региона. В дворянских родословных книгах фамилия не встречается — это крестьянская или мещанская фамилия, возникшая не раньше середины XVIII века, когда закрепилась практика передачи прозвищ по отцу.