Фамилия Бухалины относится к числу древних русских родовых именований, образованных от личного прозвища. В основе фамилии лежит прозвище Бухала, которое, в свою очередь, восходит к украинскому глаголу «бухати». Этот глагол имел несколько значений: издавать глухие, отрывистые звуки, а также бить или стрелять. Поэтому первая версия связывает прозвище с родом занятий предка: он мог быть воином, стрельцом или, например, человеком, работавшим с тяжелым молотом — кузнецом или бондарем, чья работа сопровождалась глухими ударами.

Вторая, более бытовая версия, отталкивается от переносного значения того же глагола — «пить спиртные напитки». В этом случае Бухалой в народе могли прозвать любителя хмельного, завсегдатая питейных заведений. Такие прозвища по привычкам были распространены в крестьянской среде и не несли резко отрицательного оттенка, скорее, служили меткой характеристикой.

Третья, менее очевидная гипотеза, связывает фамилию не с прозвищем, а с географическим названием. В Тверской области протекает река Бухаленка. Не исключено, что основатель рода Бухалиных получил свое прозвище по месту жительства — «с речки Бухаленки», то есть был выходцем с ее берегов. Такая модель образования фамилий от названий мелких рек и урочищ характерна для северных и центральных губерний России.

Сам суффикс -ин указывает на принадлежность: Бухалин — это «сын Бухалы» или «человек из рода Бухалы». Модель с суффиксом -ин типична для фамилий, образованных от основ на -а, -я, и широко распространена в русской ономастике.

Ранние письменные свидетельства о родственном именовании встречаются в документах. С. Б. Веселовский в своих исследованиях упоминает Бухалова Федора, крестьянина, жившего в Переяславле в 1490 году. Эта запись подтверждает, что прозвище и производные от него фамилии бытовали уже в XV веке. Точное место и время возникновения именно фамилии Бухалин установить сложно — процесс становления родовых имен длился столетиями, но можно с уверенностью сказать, что она сформировалась не позднее XVII века.