Фамилия Дуботолкин образована от прозвища, а не от крестильного имени, и в этом её главное отличие от множества «стандартных» русских фамилий. Прозвище Дуботолк, лёгшее в основу, исследователи напрямую связывают со словом «дуботол» — в старых говорах так называли недалёкого, тугодумного человека. Слово составное: «дуб» (символ твёрдости, а в переносном смысле — неповоротливости) и «толочь» (в значении «толочь воду в ступе», то есть делать бессмысленную работу). Прозвище, скорее всего, давалось с иронией или как добродушное подтрунивание.

Сама фамилия образовалась по самой распространённой модели: к основе «Дуботолк» добавили русский патронимический суффикс -ин. Форма Дуботолкин буквально означает «чей?» — сын или потомок Дуботолка. Важно, что суффикс -ин, а не -ов, указывает на основу, оканчивающуюся на согласный или на -а/-я, что для прозвища Дуботолк абсолютно естественно.

О точном времени и месте возникновения фамилии говорить сложно — процесс закрепления прозвищ в качестве наследственных имён шёл несколько столетий, с XV по XVII век. Можно предположить, что носители фамилии происходят из северных или центральных областей России, где слово «дуботол» фиксируется в диалектных словарях. Встречаются и однокоренные варианты — Дуботол, Дуботолков, что говорит о живом бытовании прозвища в разных регионах.

Несмотря на нелестное значение основы, фамилия Дуботолкин — яркий памятник народной словесности. Она сохранила в себе не просто корень, а целую образную характеристику, которую наши предки могли дать человеку, и показывает, как метко и точно работал механизм русских прозвищ.