Фамилия Доротько — яркий пример того, как украинская словообразовательная модель «съела» исходное имя, оставив лишь суффикс, указывающий на происхождение. В основе лежит уменьшительная форма от имени Дорофей — Доротька. Имя Дорофей греческого происхождения (Dorotheos — «дар божий»), но в народной речи оно быстро обрастало вариантами: Дорох, Дорош, Дороня и, наконец, Доротька. Суффикс -к- в данном случае не прозвищный, а именно уменьшительно-ласкательный, как в Ванька или Петька.

Суффикс -ко типичен для украинских фамилий, образованных от личных имён и прозвищ (Шевченко, Коваленко). Он указывает на потомка: Доротько — буквально «сын Доротьки». В белорусской и южнорусской традиции такой же суффикс мог закрепляться напрямую за прозвищем, минуя отчество, но в случае с Доротько связь с крестильным именем очевидна. В польском языке есть аналогичная фамилия Dorotko, что подтверждает распространённость модели на западнорусских землях.

Географически фамилия тяготеет к Гомельской, Брестской областям Беларуси и к западным областям Украины (Волынь, Ровно). В России она редка и встречается в основном среди потомков переселенцев с этих территорий. Примечательно, что в документах XIX века можно встретить написание «Доротько» с твёрдым знаком на конце — «Доротькоъ», что отражало старую орфографию и не меняло значения.

Альтернативная версия, что фамилия произошла от прозвища Дороть (от глагола «дороть» — драть, рвать), маловероятна. Такой глагол в восточнославянских говорах не зафиксирован, а прозвище «Дороть» не оставило следов в ономастике. Поэтому версия с именем Дорофей остаётся основной и единственной убедительной.