Фамилия Бутейко — редкий пример, где прозвище, скорее всего, описывало внешность. Её основа — именование Бутей или Бутейка. В псковских говорах есть слово «бутеть» — «полнеть, толстеть», а также «бутеня» и «бутря» — так называли полного, крепкого человека. Вероятнее всего, прозвище Бутей дали человеку дородному, плотного телосложения.

Есть и другая версия: в тех же говорах «бут» означает «слепень» или «овод». Тогда прозвище могло указывать на назойливый характер или, наоборот, быть шутливым — вроде «жужжишь, как овод». Эта гипотеза менее распространена, но имеет право на существование, поскольку диалектная лексика часто давала неожиданные прозвища.

Тюркская версия, согласно которой «бута» с арабского переводится как «дитя», выглядит натянутой. Для фамилий, оканчивающихся на -ко, более характерна славянская основа — суффикс -ко в украинских и белорусских фамилиях указывает на уменьшительную форму или принадлежность к роду. То есть Бутейко — это «сын Бутея» или просто «маленький Бутей».

Фамилия географически привязана к западнорусским землям: в архивных документах упоминается Бутейко Остап Яковлевич, родившийся в 1903 году в Волынской области, станция Чаторийск. Это подтверждает, что фамилия бытовала на украинско-белорусском пограничье, где модель образования на -ко была основной. В отличие от фамилий на -ов/-ев, Бутейко не застыла в форме притяжательного прилагательного, а сохранила прозвищную основу, что делает её более древней по типу.