En un pasaje de sus Etimologías (625) san Isidoro de Sevilla anotó: "Cantabri, Hispaniae gens a vocabulo urbis et Iberis amnis, cui insidunt nuncupati" (EtimSanIsid VIII, 2, 113). La ambigüedad del texto dejó abierta la posibilidad a que autores posteriores dedujeran que existió una ciudad llamada Cantabria. Este nombre, unido al nombre del río Ebro (Iber), dio como resultado la denominación Cantaber citada en las fuentes antiguas.

En 1835 Miguel Ángel Cortés propuso que Cantabria es el resultado de Canta-Iberia o Iberia-Canta, que significa 'ciudad del Ebro' o 'ciudad donde nace el Ebro' (Dicc_Cortés, 3, 104-105, s. v. Iuliobriga). En otro pasaje de su diccionario Cortés reiteró que la palabra base canta significa 'ciudad', apostillando que es una "palabra tomada del céltico, como dunum y briga" (Dicc_Cortés, 3, 148, s. v. Lutia). Poco después, Madoz interpretó el pasaje de san Isidoro en términos similares y concluyó que "el nombre Cantabria significaría población próxima al Ebro" (DicMadoz, s. v. Cantabria). Asimismo, dio por bueno el significado de canta 'ciudad, población' e identificó un segundo formante en la voz briga, "de idéntico significado, emanada de distinto idioma" (ibid.). En definitiva, para Madoz Cantabria es una tautología Canta-briga en donde la noción de 'ciudad' queda expresada por dos voces de origen distinto. Fernández Guerra (1878, 34) y otros autores aceptaron que el Ebro era un elemento de la etimología de Cantabria. Ninguna de estas interpretaciones propuestas por la erudición antigua y decimonónica es correcta.

La explicación del nombre de Cantabria pasa necesariamente por el etnónimo Cantabri y las analogías con respecto a otros nombres peninsulares cuya formación es similar (Asturia, sobre los Astures; Vasconia, sobre los Vascones) y a otros etnónimos análogos como los Artabri, tribu celta asentada en el noroeste de la actual Galicia. Para Renero (1947, 221), la raíz *cant- puede tener un origen ilirio, es frecuente en nombres celtas y abunda en antropónimos. Etimológicamente, esta raíz se relaciona con las voces canta o ganda 'roca'. En 1955 Antonio Tovar estimó que la base léxica es el occidental *kanto, que está presente en celta, germánico y latín, y del latín pasó a los tres romances hispánicos con distintas acepciones ('extremidad', 'piedra suelta y rodada') (Tovar_1955, 18-19). Unos años más tarde, sin embargo, rectificó esta interpretación, aunque no profundizó en ella, señalando lo siguiente: "El nombre de Cantabria apunta hacia Panonia, donde en CIL III 10832 está documentada una diosa Cantabria" (IberischeLand, 66).

En su estudio "Elementos prelatinos en las lenguas romances hispánicas" (I CLCP), Coromines propuso una explicación alternativa a partir de un prefijo *kant- 'abajo', hipotética variante indoeuropea kata, sin /n/, como en griego κατά 'hacia abajo' y otras lenguas. De tal manera, consideró "muy convincente la idea de que los celtas de las tierras altas llamaran a los antiguos santanderinos 'los de abajo': Cantabri, la gente de la tierra del mar Cantábrico, así como llamaron a los celtas de Galicia Artabri 'los de la tierra del oso' [...] y Velabri 'los excelentes' a tribus célticas de Veleia y de Irlanda" (I CLCP, 92). Asimismo, Coromines identificó en el topónimo leonés de los Picos de Europa Cuénabres (< del locativo plural *cŏnăbris) su opuesto, expresando la noción de "valle contrapuesto a la vertiente cantábrica" (ibid.).

Patrizia De Bernardo (2002, 107-108) plantea la explicación de que el etnónimo Cantabri sea una formación retrógrada temprana a partir de una forma toponímica en *brig-s y relaciona el primer formante con el galo cantalon 'piedra rectangular'. De acuerdo con lo anterior, De Bernardo interpreta el etnónimo como 'los habitantes de las ciudades cuadradas'. Por su parte, García Alonso (2006, 81) propone como alternativa a esta explicación la posibilidad de un complejo sufijal -abri para la terminación (el mismo que en Artabri) y, en el primer elemento, "una formación alargada *km-t-V de la preposición *kom- ‘con’. Así tendríamos *Canto-abri > Cantabri 'todos reunidos', 'la totalidad', 'toda la gente', 'la asamblea' o algo así. Cf. Cantium > Kent, o irlandés antiguo céite ‘asamblea, lugar de reunión, colina’".

La explicación más razonada la ofrece A. González (DETMCant, 112-114, s. v. canto), retomada posteriormente por Carrera (TopEsp, 94), que segmenta el corónimo en dos formantes (*kant-abri). El primer formante es la raíz *kanta- 'piedra, roca', variante femenina de *kanto-, que alude a la naturaleza quebrada del paisaje, y el segundo es un elemento sufijal -abri, que se identifica en etnónimos célticos del tipo Artabri (Galicia) o Velabri (Irlanda). De acuerdo con esta interpretación, los Cantabri serían 'los habitantes de las peñas', 'el pueblo que habita en las peñas' con un significado similar al expresado por el gentilicio montañeses de uso habitual en época contemporánea. Este mismo significado había sido sugerido anteriormente por González Echegaray (2004, 16).

Etimológicamente, la voz canto procede del céltico *kanto- 'inflexión, curvatura, recodo, ángulo', acepción primitiva que ha diversificado su significado al pasar a otras lenguas. En celta *kanto- es una adjetivo verbal (y luego participio pasivo) de la raíz indoeuropea *kamp- 'doblar' (IEW, 525, s. v.). La voz pasó al latín CANTHUS con un significado similar (REW, p. 151, n.º 1616, 'Rand, Ecke') y pervivió como apelativo en lenguas célticas modernas (galés cant 'aro metálico de una rueda'; bret. kant 'círculo') y en lenguas romances con substrato celta (hispanorromance canto 'extremidad, lado', 'punta saliente', 'piedra'; galorromance canton 'lado, trozo', 'rincón, ángulo', 'encrucijada') (DETMCant, 112-114, s. v. canto).

El étimo cuenta con la variante femenina *kanta-, que se conservó como apelativo en galorromance, pero no en hispanorromance, aunque todavía es detectable en toponimia con el valor de 'roca' como primer o segundo elemento de nombres de lugares como Cantavieja (Teruel), Cantagallo (Salamanca), Cantalarrana (La Coruña, Lugo y Pontevedra), Cantalobos (Zaragoza y Castellón), Cantalapiedra (Salamanca) o Cantalamuda (Palencia) (Galmés_2000, 147-148). Este mismo valor es el que informa de la base léxica de Cantabria. La variante femenina *kanta- también se identifica en topónimos e hidrónimos mencionados en fuentes antiguas con distintos sufijos habituales en la derivación indoeuropea como Canta, Cantaba, Cantano, Cantilia o Cantium (Villar_2011, 884-885).

Por último, hay que desestimar cualquier relación entre Cantabria y Cantabrigia, nombre latino de Cambridge (Reino Unido). De esta posible relación se hizo eco en el siglo XVIII el clérigo ilustrado Martínez de Mazas (1777, 59) en un pasaje de sus Memorias de la Iglesia y Obispado de Santander cuando describe los límites de Cantabria. Como mostró González Echegaray (2004, 17), el nombre romano de Cambridge fue Camboritum. Más tarde, con la presencia de anglosajones, el nombre del río Cam, que es el primer formante de Cambridge, se sustituyó por el de río Granta, de donde procede Grantebridge > Cambridge, posteriormente latinizado como Cantabrigia.