Los autores coinciden en que el apellido deriva del nombre Ptolemaios a través de sus adaptaciones latinas e italianas, aunque difieren en el peso que asignan a cada vía de formación.

E. De Felice señala que el apellido puede reflejar, especialmente en Toscana y el norte de Italia, el hipocorístico aferético de Bartolomeo —es decir, la forma reducida Tolomeo, con pérdida de la sílaba inicial Bar-—. Sin embargo, en el sur de Italia, donde persiste la antigua tradición griega y bizantina, la base sería directamente el nombre griego Ptolemaios, también a través de su adaptación latina Ptolemaeus. Formas emparentadas como Tolomeo y Tolumello se documentan en Calabria y Sicilia; Tolomio en el Veneto; y Tolomelli en Emilia-Romagna.

E. Rossoni pone el foco exclusivamente en la pérdida de la sílaba inicial del nombre latino Bartolomeus como origen de estas formas, sin contemplar la vía griega directa. Ubica el apellido Tolomei principalmente en la zona de Lucca, con presencia secundaria en la zona de Venezia y en el Lazio. Agrega que Tolomio se concentra en la zona de Padova, Treviso y especialmente Venezia, y considera que la variante Tolomi es probablemente un error de transcripción.