Фамилия Дерлёменко образована по той же модели, что и Иваненко: суффикс -енко в украинской ономастике традиционно указывал на отчество или принадлежность — «сын такого-то». Однако в основе здесь лежит не крестильное имя, а прозвище Дерлёма, которое и стало ядром фамилии. Прозвище, в свою очередь, происходит от глагола «дерлёмать» — в южнорусских и украинских говорах это слово означало «дремать, клевать носом, быть сонным». Человек, получивший такое прозвище, вероятно, отличался медлительностью или любил поспать, либо же это была ироничная характеристика его неторопливого нрава.

Слово «дерлёма» — того же корня, что и общеславянское «дрема», но с характерным для украинской фонетики чередованием «дре-» > «дер-». Встречается и форма «дерлёма» в значении «соня, засоня». Таким образом, фамилия Дерлёменко — это не «сын Дерлёмы» в буквальном паспортном смысле, а потомок человека, за которым в быту закрепилось это прозвище. Ономасиологи (специалисты по происхождению фамилий) относят такие случаи к разряду «прозвищных фамилий на -енко», которые в XVII–XVIII веках массово фиксировались на территории Гетманщины и Слобожанщины.

Учитывая, что суффикс -енко — самый распространённый фамильный формант в Центральной и Восточной Украине, географически ядро фамилии Дерлёменко, скорее всего, находится в Черниговской, Полтавской или Сумской областях. В письменных источниках фамилия встречается редко, что делает её ценной для локальной микроистории: она не была размножена через крестьянские переписи, а осталась в пределах одного или нескольких родов. Возможно, предки носителя занимались земледелием или ремеслом — прозвище не указывает на профессию, но метко описывает человеческую черту, что характерно для народной антропонимии.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые в русской традиции часто закреплялись за крестьянами после отмены крепостного права, Дерлёменко сохранила более архаичную украинскую модель именования, где прозвище отца переходило к детям почти без изменений. В современных базах данных фамилия встречается единично, что говорит о её редкости и отсутствии массового расселения за пределами исторической родины.