Фамилия Вельма звучит необычно для русского уха, и её происхождение ведет нас, скорее всего, в украинскую языковую среду. В основе лежит прозвище или имя Вельма, которое связывают с украинским прилагательным «вельмий», то есть «великий». Так могли прозвать человека богатырского телосложения — рослого, широкоплечего, сильного. В старину подобные именования нередко давались не в насмешку, а как констатация очевидной физической особенности.

Вполне вероятно, что Вельма могло быть и дохристианским, языческим именем. Родители нарекали так сына с определённым посылом — в надежде, что он вырастет крепким, могучим мужчиной, способным защитить род и справиться с любой работой. Такие имена-обереги, закладывавшие желаемое качество прямо в имя, были распространены у славян до повсеместного утверждения христианских святцев.

С точки зрения словообразования, фамилия образовалась без типичного суффикса — путём простого закрепления прозвища в качестве родового имени. Это так называемые «нулевые» фамилии, которые характерны для украинской и белорусской традиции (сравните: Голова, Шевченко, Скоробогатько). В русской среде такая форма встречается реже, что делает фамилию Вельма особенно примечательной. Если бы фамилия оформлялась по великорусской модели, она звучала бы как Вельмин или Вельмов.

Иногда корень «вель» путают с однокоренными словами в других славянских языках, например, с польским «wielki» (большой) или чешским «velký». Однако украинская версия выглядит наиболее убедительной именно из-за прямого соответствия прилагательному «вельмий» и распространённости такой модели прозвищ на юго-западе исторической Руси. Таким образом, предок современного носителя фамилии Вельма, скорее всего, был человеком крупного сложения, и это его качество стало родовым именем, пережившим века.