Фамилия Димухина образована от мужского прозвища или имени Димуха, которое, в свою очередь, является производной формой от крестильного имени Дмитрий. В русской народной традиции полные имена часто сокращали, а затем присоединяли к основе уменьшительно-ласкательные суффиксы. В данном случае сработала модель: Дмитрий → Дима → Димуха. Суффикс -ух- в русских прозвищах и именах придавал оттенок фамильярности или просторечия, а иногда и указывал на физическую характеристику человека (сравните: толстуха, вертуха). Таким образом, Димухой могли называть Дмитрия в быту, в кругу семьи или в рабочей среде.

Фамилия закрепилась в форме Димухин, а женский вариант Димухина — это её грамматическая форма, указывающая на принадлежность к роду (чьей-то дочери или жене). Суффикс -ин типичен для русских фамилий, образованных от основ на -а/-я: он указывает на происхождение от конкретного человека. Модель «прозвище + -ин» — одна из самых распространённых в центральной и северной России.

Географически фамилия Димухин встречается рассеянно, но заметные следы оставила в Поволжье и на Урале. В документах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с такой фамилией, что говорит о её недворянском происхождении: предки Димухиных, скорее всего, были крепостными или государственными крестьянами. В отличие от фамилий на -ский, которые часто носили священники или шляхта, Димухин — фамилия «простая», бытовая.

С точки зрения словообразования, интересно, что основа Димух- могла бы существовать и как самостоятельное прозвище от глагола «димухать» (в некоторых говорах — качать, шатать), но такая версия менее правдоподобна: глагол редок и не дал массовых прозвищ. Основная масса носителей фамилии восходит именно к имени Дмитрий.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, Димухин стоит в одном ряду с Димин, Димов, Димкин — все они от одного корня, но различаются по суффиксам, что отражает разные этапы и регионы бытования. Димухин — более редкая форма, чем Димин, и потому сохраняет отпечаток конкретной местной традиции имяобразования.