Фамилия Дитятков образована от прозвища или нецерковного имени Дитятко. В основе лежит слово «дитя» — ребёнок, младенец. Такие имена и прозвища были распространены в русских семьях до XVII–XVIII веков: ими называли долгожданного, позднего или младшего ребёнка, подчёркивая его положение в семье или нежный возраст. Суффикс -к- в слове «дитятко» придаёт ласкательный оттенок, а фамильный суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Дитятков, то есть сын или потомок человека по прозвищу Дитятко.

С точки зрения словообразовательной модели фамилия типична для центральных и северных регионов России. Суффикс -ов — самый распространённый в русской фамильной системе, он присоединялся к основам на твёрдый согласный. В данном случае основа «Дитятк-» с конечным -к- дала форму «Дитятков» без чередования (как, например, в фамилии Ситников). Менее вероятна версия, что фамилия произошла от слова «дитя» с суффиксом -ов напрямую: форма «Дитяков» встречается реже и могла бы быть вариантом, но «Дитятков» явно содержит уменьшительно-ласкательный формант.

В исторических документах фамилия фиксируется с XVIII века. По данным переписей, Дитятковы встречались в Вологодской, Костромской и Ярославской губерниях — в регионах, где были сильны традиции некалендарных имён. Интересно, что в некоторых говорах «дитятко» могло означать не только ребёнка, но и взрослого человека с детским поведением или наивным нравом — такая характеристика тоже могла закрепиться как прозвище. Однако основная версия остаётся прозрачной: фамилия Дитятков — из числа «детских» прозвищ, которые давали по порядку рождения или отношению в семье.

Сравните с однокоренными фамилиями: Детков, Деткин, Дитятин. Дитятков выделяется именно ласкательной формой, что делает её более «тёплой» по звучанию. В современной России фамилия редкая, и её носители, скорее всего, происходят из одной или нескольких ветвей, связанных с северо-востоком Европейской России.