Фамилия Твердоусова — женская форма фамилии Твердоусов, и её разбор стоит начать с мужского варианта, который образован от прозвища Твердоус. Это составное прозвище: первая часть — «твердый» в значении «крепкий, жесткий, устойчивый», вторая — «ус» (усы). Прямое значение — человек с жесткими, неподатливыми усами. Однако в русской антропонимии такие прозвища часто имели переносный смысл: «твердый ус» могло означать упрямого, своенравного человека, который гнет свою линию, как жесткий ус.

Модель образования типична для русских фамилий: прозвище + патронимический суффикс -ов. Суффикс указывает на принадлежность: Твердоусов буквально — «сын Твердоуса». Фамилия не дворянская и не княжеская: такие составные прозвища характерны для крестьянской и посадской среды, где меткое слово цеплялось к человеку за внешность или характер. В отличие от фамилий на -ский, указывающих на географию или владение, Твердоусов — чисто прозвищная фамилия, без территориальной привязки.

Интересная деталь: фамилия Твердоусов — редкий случай, когда в основе лежит не имя, а именно прозвище по черте внешности, причем с уточнением качества. В русских говорах слово «твердый» могло также означать «суровый, строгий». Сравните с однокоренными фамилиями: Усов (от «ус»), Кривоусов, Седоусов. Твердоусов выделяется среди них тем, что не описывает форму или цвет, а именно качество — жесткость. Это делает прозвище более оценочным, чем описательным.

Географически фамилия встречается в центральных и южных регионах России, особенно в Курской, Воронежской и Ростовской областях. Встречаемость невысокая: по данным современных справочников, Твердоусовых в России около тысячи человек, что относит фамилию к разряду редких. Сословно предки, скорее всего, были государственными или помещичьими крестьянами: составные прозвища редко закреплялись за духовенством или купечеством.

В ономастических трудах эта фамилия не получила отдельного разбора, но её механизм образования полностью укладывается в схему, описанную Б. Унбегауном в «Русских фамилиях»: прозвище + -ов. Спорных версий нет: корень однозначно читается, альтернативные толкования (например, от тюркского «твердый ус») лишены смысла, так как слово «ус» — исконно славянское.