Фамилия Димочкин образована по редкой, но показательной для русских фамилий модели: от уменьшительно-ласкательной формы имени через двойной суффикс. Основа — Димка, уменьшительное от Дмитрий, а затем к ней добавили суффикс -очк- (как в «ручка» от «рука»), который в фамилиях встречается нечасто, и уже от этой формы — фамильный суффикс -ин. Получается: Димка → Димочка → Димочкин. То есть предок носителя фамилии был в быту Димочкой — ласковое обращение к Дмитрию, скорее всего, к ребёнку или младшему члену семьи.

Словообразовательная цепочка здесь примечательна тем, что суффикс -очк- в фамилиях обычно указывает на прозвище или имя, которое закрепилось в народной речи, а не в официальных документах. В отличие от фамилий вроде Дмитриев (от полной формы имени) или Димов (от простого сокращения), Димочкин сохраняет интимный, домашний оттенок. Это говорит о том, что фамилия могла возникнуть в среде, где ценились прозвищные формы, — в крестьянской или мещанской среде, где полное имя использовали реже.

В географическом плане фамилия редкая. По данным переписей и телефонных справочников, основная масса носителей сосредоточена в центральных и южных областях России — в Рязанской, Тамбовской, Липецкой, а также на юге Урала. Это косвенно подтверждает, что фамилия не дворянская и не искусственная (вроде семинарских), а естественная, народная: Дмитрий было одним из самых распространённых имён в русских деревнях, и его производные дали множество фамилий, но Димочкин остался на периферии.

Иногда Димочкина путают с фамилией Димов или Димкин, но разница в суффиксе принципиальна. Димкин — от Димка, а Димочкин — от Димочка, что подчёркивает ещё большую степень ласкательности. Если Димкин могло быть просто «сын Димы», то Димочкин — скорее «сын того, кого звали Димочкой», то есть прозвище закрепилось за самим человеком, а не за его отцом. Впрочем, в быту различия могли стираться, и фамилия просто передавалась по наследству.

Версия о связи с диалектным словом «димочка» (якобы «дымок» или «дымоход») маловероятна: для такой основы в русских фамилиях использовали бы суффикс -ов (Дымов) или -ев, а не -ин. Так что основное объяснение остаётся антропонимическим: от имени Дмитрий через ласкательную форму. Фамилия невелика по числу носителей, но её история — хороший пример того, как в русских фамилиях сохранились интонации семейного обихода прошлых веков.