ქალაქის სახელწოდება „ბათუმი“ მოდის სიტყვიდან (ბერძნ. Bathus) — „ბათუსი“, რაც ღრმას ნიშნავს. პირველად ის მოხსენიებული აქვს რომაელ მწერალ ილინიას (23-79), რომელიც კოლხეთის მდინარეების ჩამოთვლისას ასახელებს მდინარე — „Bathys“. შემდგომში ბერძენი გეოგრაფი ფლავიუს არიანე თავის ნაწარმოებში „Periplus Euxinus“ წერს:

ვიკიციტატა
„Apsarus-ის შემდეგ ჩვენ ღამით გადავკვეთეთ მდინარე Acamsis, რომელიც Apsarus-საგან დაშორებულია 15 სტადიონით; ხოლო მდინარე Bathys მდინარეAcamsis-გან დაშორებულია 75 სტადიონით.“

ფლავიუს არიანეს მიერ ნახსენები მდინარე სახელად Bathys ესაა, მდინარე ბარცხანასა და მდინარე ქოროლისწყალს შორის არსებული პატარა მდინარე (მდ. კუბა-წყალი ან მდ. ჩულ-კუბა). აღსანიშნავია ისიც რომ ტექსტში მდინარე Bathys-ის მახლობლად არსად არ არის ნახსენები არანაირი ნამოსახლარი.

ცნობილია რომ XV საუკუნის შუა წლებში მდინარე ბათუსის წყალზე არსებობდა დასახლება სახელად Bathys ან Bathy. როდესაც აღნუშნული ტერიტორია ერისთავების ხელში გადავიდა ის მოიხსენიებოდა როგორც „პატონი“ (ვახუშტი ბატონიშვილის მიხედვით) ან „ბატონი“ (Hrisantos Hierotolymites თავის ნაშრომში — „Sintagmation peri offikion“, ვენეციური გამოცემა 1778 წ, გვ. 92): „ყურისკენ მიმავალი გზა იბერიულ ენაზე წარმოითქმის როგორც ბატონი და მდებარეობს მდინარე ფაზისსა და ბოას შორის“ („Fygades“ Triantafillides, გვ. 28).

იბერიული სახელწოდება „პატომი“ თურქების დროს ტრანსფორმირდა და წარმოიქმნა ფორმა „პატუმ“, რომლითაც მოიხსენიებენ ისინი დღესაც.

თავად მდინარე Bathys-ის სახელწოდება მომდინარეობს ყურის სახელწოდებიდან — ბერძნ. Bathys limen — ღრმა ყურე. მართლაც, ბათუმს შავ ზღვაზე სევასტოპოლის შემდეგ, ყველაზე ღრმა (მაქ. სიღრმე 58 მ) და მოხერხებული ნავთსაყუდელი აქვს.