El topónimo es un compuesto de un primer elemento Tobilla diminutivo de toba y agua,que hace referencia a la abundancia de este elemento en el municipio. La piedra toba, precisamente, es una piedra caliza, muy porosa y ligera, formada por la cal que llevan en disolución las aguas de ciertos manantiales, por lo que muy a menudo se asocia a la presencia de aguas emergentes. El cierre de /o/ inicial en /u/ es por asimilación a la vocal cerrada de la sílaba siguiente, algo que llamamos "armonía vocálica" y que ocurre ocasionalmente en castellano. Para la presencia del segundo elemento agua en otros topónimos semejantes precisamente de la provincia de Burgos véase más abajo el apartado de cognados. La presencia de esta piedra toba se menciona usualmente en los topónimos con sufijación colectiva-abundancial, no siendo muy frecuentes topónimos como este, con la forma en singular y diminutivo. Cabe que este diminutivo haya sido derivado internamente a partir de otro topónimo precedente, tipo Toba simplemente, como por ejemplo Toba de Valdivielso (Merindad de Valdivielso, Burgos).