Фамилия Товстоух звучит как отпечаток прозвища, которое в XVI–XVII веках могли дать человеку с заметной особенностью — большими, толстыми ушами. В основе лежит украинское или южнорусское прилагательное «товстий» (толстый) и слово «ухо». Такие прозвища по частям тела — Ухо, Губа, Нос — были обычны в среде казачества и крестьянства, где внешность часто становилась главным опознавательным знаком. Судя по корню, фамилия скорее украинского происхождения: в русских говорах «толстоух» тоже встречается, но форма на «-оух» характерна именно для украинской фонетики.

Интересно, что фамилия закрепилась без типичного суффикса -ов или -енко. Товстоух — это «прозвищная» фамилия, то есть она перешла в наследство прямо в виде прозвища, без добавления патронимического окончания. В украинской ономастике такие случаи не редкость: например, фамилии Кривонос, Сухоруков часто встречаются в форме Кривонос, Сухорук. Это говорит о том, что предок-носитель прозвища был достаточно известен в своей общине, и его дети уже пошли по фамилии Товстоух, а не Товстоухов.

По географии фамилия встречается в основном на левобережной Украине — в Черниговской, Полтавской, Сумской областях, а также среди потомков украинских переселенцев на Кубани и в Сибири. В дореволюционных метрических книгах Товстоухи чаще всего записаны как казаки или государственные крестьяне, реже — мещане. Дворянских родов с такой фамилией не известно: прозвище было слишком бытовым и «простым», чтобы попасть в гербовники.

В русском языке фамилия сохранила ударение на втором слоге: Товсто́ух. В украинском произношении возможно ударение на первом — То́встоух, но в письменной традиции закрепился вариант с ударением на «оу».