Фамилия Дёмотчкина — женская форма, мужской вариант — Дёмотчкин. Её основа — прозвище или имя, от которого образована фамилия, — звучит как «Дёмотчка». Эта форма, в свою очередь, является уменьшительной или ласкательной производной от имени Демотий, Демот или Демота. В русском языке суффикс -к- (в данном случае в составе -очк-) типичен для создания обиходных, «домашних» вариантов имён: Дёмотчка — это как Дёма, но с более мягким, почти нежным оттенком.

Исходное имя Демотий — это, скорее всего, народная, просторечная форма канонического имени Димитрий (Дмитрий). В диалектах и бытовой речи имя Дмитрий нередко сокращали и переиначивали: Демотий, Демот, Демота. Таким образом, цепочка проста: Дмитрий → Демотий (или Демот) → Дёмотка (уменьшительное) → Дёмотчка (ещё более ласкательное) → Дёмотчкин (сын, потомок того, кого звали Дёмотчкой). Фамилия, таким образом, отсылает к предку по мужской линии, которого в семье или в деревне ласково называли Дёмотчкой.

Встречаемость фамилии крайне низкая. Она практически не фиксируется в крупных базах данных современных русских фамилий и не имеет широкой географии. Это указывает на то, что фамилия могла возникнуть в одной локальной местности, в одном роду, и не получила массового распространения. Возможно, её носители — потомки одной крестьянской семьи из центральной России или Поволжья, где имя Дмитрий было особенно популярно, а местный говор дал такую необычную уменьшительную форму.

Ударение в фамилии, судя по написанию, падает на первый слог: Дёмотчкина. Буква «ё» здесь принципиальна: она не только указывает на произношение, но и отличает эту фамилию от возможной, но не существующей «Демотчкина». Фамилия Дёмотчкина — редкий пример того, как церковное имя, пройдя через несколько ступеней народной переработки, превратилось в уникальный родовой знак.