Фамилия Вельтищев — редкий случай, когда географическая привязка оказывается понятнее, чем разбор корня. Если отбросить суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?»), остаётся основа «Вельтищ-». Прямого слова «вельтищ» в русском языке нет, зато есть топоним Вельтищево — название деревень, которые встречаются в Тверской и Нижегородской областях. Логичнее всего предположить, что фамилия образована от названия места: предок получил прозвище «Вельтищ» (или «Вельтищев») по деревне, откуда он вышел или где владел землёй. Такая модель — от географического названия через суффикс -ев — типична для русских дворянских и крестьянских фамилий XIX века.

Сам топоним Вельтищево, скорее всего, восходит к неканоническому личному имени или прозвищу Вельтищ. В основе может лежать диалектное слово «вель» — в некоторых говорах так называли великана, рослого человека, или же корень «вел-» (от «велеть», «повелевать»). Тогда Вельтищ — это либо «большой, крупный человек», либо, что менее вероятно, «повелитель, распорядитель». Суффикс -ищ в этом случае усиливает значение: он указывает на нечто большое или наделённое качеством в высокой степени. Сравните: «ручища» — большая рука, «домище» — огромный дом. Так и Вельтищ могло означать «очень большой, видный человек» или даже шутливое прозвище для рослого парня.

Менее убедительна версия, связывающая фамилию с итальянским словом «veloce» (быстрый) или немецким «Welt» (мир, свет). Эти гипотезы не выдерживают критики: в русских документах XVII–XVIII веков, когда фамилия закрепилась, итальянские и немецкие заимствования в крестьянской среде почти не встречались, а дворянские роды с такой этимологией неизвестны. Поэтому основной остаётся местная, тверская или нижегородская версия: предок Вельтищевых — человек из деревни Вельтищево, чьё название, в свою очередь, пошло от прозвища первого поселенца.

Суффикс -ев вместо более ожидаемого -ов указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный или шипящий (Вельтищ — щ мягкий). Такая морфология встречается реже, чем -ов, и придаёт фамилии некоторую архаичность. Носители фамилии, судя по разрозненным данным, традиционно проживали в центральных областях России, особенно в Тверской губернии, что подтверждает топонимическую версию. Вельтищевы не принадлежали к массовым фамилиям — это скорее локальный, «гнездовой» род, что делает его особенно интересным для семейной истории.