Фамилия Дитяк — один из примеров, где на слуху оказывается не корень, а суффикс. Модель образования здесь прозрачна: основа «дит-» (от слова «дитя») плюс уменьшительно-ласкательный суффикс -як. В украинской и южнорусской традиции этот суффикс часто прикрепляли к прозвищам, указывавшим на возраст или положение в семье: Дитяк, Малый, Хлопяк. То есть Дитяк — это, скорее всего, прозвище младшего в роду, младшего брата или младшего сына. В крестьянской среде, где хозяйство и наследство передавались старшему, младшего нередко выделяли именно таким прозвищем — без обидного оттенка, а скорее как бытовую метку.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинским землям. Она распространена на Волыни, в Подолье, встречается в Беларуси. В русских переписных книгах XVII–XVIII веков фамилии на -як фиксируются реже, чем на -ов или -ин, поэтому Дитяк — признак скорее юго-западного происхождения рода. В центральной России аналогичную роль играли фамилии Детков, Детинкин, Деточкин — они образованы от той же основы, но с другими суффиксами.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с диалектным словом «дитяк» — в некоторых говорах так называли невысокого, щуплого человека. Но эта гипотеза слабее: основное значение слова «дитя» в славянских языках устойчиво, и прозвище по возрасту встречается гораздо чаще, чем прозвище по телосложению. К тому же фамилии с суффиксом -як (Малый, Молодяк, Старик) в ономастике традиционно объясняют через возрастные характеристики.

Сословная принадлежность Дитяков — почти поголовно крестьяне или казаки. В дворянские роды фамилия не попала, что тоже косвенно подтверждает её бытовое, прозвищное происхождение. В реестрах запорожских казаков XVII века встречаются лица с таким прозвищем — там оно могло закрепиться как фамильное уже в XVIII столетии.