Фамилия Земцова образована от прозвища Земец. Ударение в прозвище падает на последний слог, что сразу даёт подсказку: перед нами не «человек, связанный с землёй» в широком смысле, а вполне конкретное ремесло. В западных русских говорах земец — это пасечник, пчеловод. Такая узкая специализация прозвища встречается реже, чем отчества от крестильных имён, поэтому фамилия Земцова выделяется на фоне однокоренных (Земляков, Земский) именно бытовой, промысловой основой.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ов- присоединяется к основе прозвища Земец, а окончание -а указывает на женскую форму, то есть «дочь или жена Земца». Мужской вариант — Земцов. В старых документах фамилия могла писаться через «ё» (Зёмцов), но со временем закрепилось написание через «е».

Географически фамилия тяготеет к юго-западу России и восточным областям Украины — именно там промысловое пчеловодство было особенно развито, а слово «земец» в значении «пасечник» бытовало вплоть до XIX века. В центральных и северных губерниях прозвище Земец могло относиться к человеку, который зимовал на пасеке или владел ульями, но в этих краях фамилия встречается заметно реже.

В ономастических словарях (например, у Б. Унбегауна) фамилия Земцов не упоминается в числе самых распространённых, но её корень прозрачен и не вызывает споров. Альтернативная версия — от уменьшительной формы имени Земко (производное от Емельян или Зиновий) — маловероятна, так как для таких имён характерны суффиксы -ин, а не -ов. Поэтому связь с пчеловодством остаётся основным и наиболее убедительным объяснением.