Фамилия Фрайонов — редкий случай, когда иноязычная основа получила типично русский суффикс -ов. В отличие от распространённых фамилий на -ин или -ский, модель «основа + -ов» здесь указывает на принадлежность к лицу, прозвище которого звучало как Фрайон или Фраян. Сама основа, скорее всего, восходит к немецкому слову Frei — «свободный» или к фамилии Frei, распространённой в немецкоязычных землях. В России такие фамилии нередко возникали у обрусевших немцев или у крестьян, работавших на немецких колонистов в Поволжье и Новороссии.

Вторая версия, менее вероятная, связывает корень с греческим «фрайон» — в некоторых диалектах так называли мелкую монету или подать. Но для русского быта такая основа нетипична, и фамилий с греческим корнем на -онов в этой форме почти не встречается. Поэтому версия с немецким Frei выглядит убедительнее: она объясняет и суффикс -он (характерный для немецких фамилий в русской записи), и последующее добавление -ов для адаптации.

Географически Фрайоновы встречаются единично, в основном в центральных областях России и на юге Урала. Фамилия не попала в массовые списки дворянских или купеческих родов, что говорит о её простонародном происхождении. Скорее всего, предок носителя фамилии получил прозвище Фрайон — либо по роду занятий (работник у немецкого колониста по фамилии Фрай), либо как ироничное прозвище «свободного» человека, не приписанного к общине.

С точки зрения словообразования, фамилия Фрайонов стоит в одном ряду с такими же редкими адаптациями, как Шмидтов, Мюллеров или Фишеров. Отличие в том, что немецкое Frei дало не прямую форму Фраев, а более сложный вариант с суффиксом -он, что могло быть следствием местного говора или ошибки писаря. В любом случае, Фрайонов — это фамилия-свидетель культурного и языкового смешения, возникшая на стыке двух традиций.