Фамилия Детюков — яркий пример того, как просторечная форма имени может закрепиться в официальном родовом прозвании. В её основе лежит имя Детюк, которое является уменьшительно-ласкательной формой от Дмитрий. В народной речи имя Дмитрий звучало как Детрий или Детрей, отсюда и пошли такие производные, как Детя, Детюк, Детюха. Суффикс -ук- в имени Детюк характерен для западнорусских и украинских говоров, где он придавал слову оттенок ласкательности или указывал на молодость: Детюк — буквально «маленький Дмитрий».

Фамилия образована по стандартной патронимической модели: к основе Детюк добавили русский суффикс принадлежности -ов. Таким образом, Детюков — это «сын Детюка», то есть потомок человека, которого в быту звали уменьшительным именем от Дмитрия. Такая цепочка (Дмитрий → Детюк → Детюков) встречается нередко: например, в той же группе фамилии Детков, Детин, Детяев.

Интересно, что корень «дет-» в сознании носителей языка мог ассоциироваться со словом «дети». Однако в данном случае эта связь вторична: ономасты (в частности, исследователь русских фамилий Б. Унбегаун) относят подобные формы именно к народным вариантам имени Дмитрий, а не к прямому указанию на ребёнка. Если бы в основе лежало прозвище от слова «дети», фамилия, скорее всего, звучала бы как Деткин или Детков с другим суффиксом.

Географически фамилия Детюков встречается нечасто и тяготеет к регионам, где исторически смешивались севернорусские и южнорусские говоры, — например, в Поволжье и на Урале. Носители фамилии могли быть крестьянами или посадскими людьми: патронимические фамилии на -ов в XVI–XVII веках сначала закреплялись за служилыми людьми, а затем распространились на все сословия. Однозначно сказать, что предки Детюковых принадлежали к дворянству, нельзя — фамилия слишком редкая для столбового дворянства, но и не исключено, что её носили зажиточные крестьяне или купцы.

В написании фамилии возможна вариативность: в старых документах встречается Дитюков (через «и»), что отражает диалектное произношение. Современный вариант Детюков закрепился в орфографии после реформы 1918 года, когда буква «ять» была упразднена, а написание привели в соответствие с произношением.