Фамилия Колыхалин образована по русской модели от прозвища Колыхаля. В её основе лежит глагол «колыхать» — то есть качать, колебать, приводить в движение. Обычно прозвища от этого корня давали не по профессии, а по характеру или внешнему виду. Скорее всего, Колыхалей называли человека неуверенного в себе, медлительного или, наоборот, того, кто постоянно суетится и «колышется» без дела. В народной речи глагол мог также означать «качать из стороны в сторону», поэтому прозвище могло закрепиться за слабым, больным человеком, у которого была шаткая походка.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность — «чей?» — «сын Колыхали». Такие фамилии чаще всего возникали в северных и центральных губерниях России, где была распространена именно эта патронимическая форма. В отличие от фамилий на -ов, которые тоже обозначали родство, суффикс -ин обычно присоединяли к основам, оканчивающимся на -а или -я, что и произошло в случае с Колыхалей.

Фамилия редкая, и это объяснимо: прозвище Колыхаля не относилось к числу популярных. В письменных источниках она почти не встречается, что говорит о её локальном бытовании — возможно, в одной или нескольких соседних деревнях. Среди однокоренных фамилий можно назвать Колыхалов, Колыханов и Колышкин, но у каждой своя история: например, Колыхалов мог возникнуть от варианта прозвища Колыхал, а Колышкин — от слова «колышка» (уменьшительное от «кол» или «колышек»). Таким образом, Колыхалин стоит особняком: его основа на -яля выдаёт именно прозвищное происхождение, а не топонимическое или профессиональное.

Потомок человека по прозвищу Колыхаля со временем получил фамилию Колыхалин, и в ней сохранилась память о том, как в крестьянской среде могли охарактеризовать человека одним метким словом.