Фамилия Жолтиков образована от мирского имени Жолтик, которое, скорее всего, бытовало в окающих говорах — именно там корневой гласный «е» перешёл в «о», закрепившись в написании. Первоначальная форма, Желтик, относится к группе так называемых «охранительных» имён. Родители, желая уберечь сына от желтухи или, напротив, надеясь вырастить его здоровым и красивым, могли дать ему такое имя в качестве оберега. Впрочем, в народе «желтым» нередко называли человека со светло-русыми волосами — это прозвище по внешности, не связанное с болезнью.

Суффикс -ик в основе Жолтик указывает на уменьшительную или обиходную форму. Вторая часть фамилии — патронимический суффикс -ов, означающий принадлежность: «сын Жолтика». По такой модели в русских фамилиях закрепились многие нецерковные имена и прозвища, утратившие свой первоначальный смысл.

В ономастике этот случай интересен тем, что отражает диалектное колебание гласных, характерное для центральных и южнорусских областей. Если бы фамилия сложилась в акающих говорах, она осталась бы Желтиковым. Таким образом, написание Жолтиков — не ошибка, а точный след говора предков.