Фамилия Кавелькин образована по русской модели от основы Кавельк(а) с помощью притяжательного суффикса -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — «Кавелькин», то есть сын или потомок Кавельки. Сама основа Кавелька — это уменьшительно-ласкательная форма от имени Кавель, а оно, в свою очередь, является просторечным вариантом крестильного имени Кавел, которое пришло из латинского Paulus («малый, младший») через греческое Павел. Таким образом, Кавелькин — это «внук Павла», но с характерной для русских говоров заменой начального п на к, что встречается в диалектах и просторечии (ср. Кавел вместо Павел).

Вторая, менее вероятная версия отталкивается от тюркского слова «кавель» (слабость, немощь), но она не объясняет суффикс -к-, типичный для русских уменьшительных форм, и не находит подтверждения в географическом распространении фамилии. Кавелькины исторически фиксируются в северных и центральных губерниях России — Вологодской, Костромской, Вятской, где имя Павел в народной речи часто звучало как Кавел, а его производные (Кавелька, Кавелькин) были естественной частью местного ономастикона.

Интересно, что фамилия сохранила редкий переход п → к в начале слова, который в русской антропонимии встречается нечасто: можно вспомнить разве что Катеринин (от Екатерина) или Калюжный (от калюжа — лужа), но в именной основе это почти исключительный случай. Поэтому Кавелькин — не просто фамилия от имени Павел, а живое свидетельство диалектного произношения, которое в XIX веке уже вытеснялось литературной нормой. Носители фамилии, скорее всего, происходят из крестьянской или мещанской среды, где такие фонетические особенности держались дольше всего.