Фамилия Бухталкин — редкая и нестандартная по звучанию, что сразу наводит на мысль о прозвищном происхождении. Её основа — слово «бухталка». В русских говорах так называли не столько предмет, сколько действие или характер: «бухтать» означало говорить невнятно, бормотать, издавать глухие звуки, а также валиться с шумом, падать. Соответственно, бухталка — это либо человек, который бухтит, ворчит себе под нос, либо, в более грубом смысле, неуклюжий, неповоротливый человек, который всё роняет и «бухается». Фамилия образована по стандартной модели: основа «бухталк-» плюс суффикс принадлежности -ин, который в русских фамилиях отвечает на вопрос «чей?» и первоначально указывал на сына или потомка человека с таким прозвищем.

Суффикс -к- в слове «бухталка» придаёт прозвищу уменьшительно-пренебрежительный или шутливый оттенок. То есть предка, скорее всего, не просто звали Бухталом (от «бухтать»), а именно Бухталкой — с лёгкой насмешкой. В словаре русских говоров можно встретить и слово «бухтало» — болтун, пустомеля, что подтверждает связь с речью, а не с падениями. Таким образом, фамилия Бухталкин вряд ли связана с географическим названием (например, с бухтой) или с немецким словом «Bucht» — это народное, внутрирусское образование от глагола звукоподражательного характера.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где диалектные глаголы «бухтать» и «бухтеть» особенно распространены. Встречается она в старых писцовых книгах и переписях Вологодской, Архангельской, а также Костромской губерний. Сословно носители фамилии — почти наверняка крестьяне или посадские люди, поскольку прозвища с бытовой, порой нелестной характеристикой были типичны для низших слоёв. Дворянские роды Бухталкины не зафиксированы.

Стоит упомянуть и редкую версию, что в основе могло лежать тюркское слово «бухтал» (смутьян, задира), но она слаба: фамилия не имеет характерных тюркских суффиксов (-ов, -ев, -бай), а диалектная русская база объясняет всё без натяжек. Поэтому основная версия — прозвище от «бухтать» — остаётся наиболее правдоподобной и простой.