Фамилия Лимайко звучит на украинский или белорусский лад, и её разбор стоит начать именно с суффикса. Формант -айко — характерный для восточнославянских фамилий, особенно распространённый на территории современной Украины и юго-запада Беларуси. Он выполняет ту же роль, что и более привычные -енко или -ук: образует фамилии от личных имён, прозвищ или названий профессий, часто с уменьшительным или «сыновним» оттенком. То есть Лимайко — это буквально «сын или потомок Лимая».

Основа фамилии — Лимай — скорее всего, восходит к прозвищу или личному имени. Здесь возможны две версии, и первая выглядит убедительнее. Прозвище Лимай могло произойти от глагола «лимать» или «лемать», который в южнорусских и украинских говорах означал «ковылять», «хромать», «идти с трудом». В этом случае Лимаем называли человека с хромотой или неловкой походкой. Такие прозвища по физическому недостатку — один из самых древних и распространённых пластов фамилий.

Вторая версия связывает основу с тюркским корнем. «Лимай» может быть адаптацией тюркского имени или прозвища, например, связанного со словом «лимон» (в значении «кислый», «сердитый») или с именем Ильмай. На юге России и в степной Украине, где были сильны тюркские влияния, такие заимствования не редкость. Однако эта гипотеза менее надёжна, так как не имеет прямых словарных подтверждений для фамилии Лимайко.

Географически фамилия тяготеет к западу и центру Украины, встречается в архивах Полтавской, Черниговской и Киевской губерний. В дореволюционных переписях носители Лимайко чаще всего числились казаками или мещанами — то есть свободным сословием, которое не было крепостным. Встречаются и крестьяне, но реже. Это подсказывает, что предки могли быть не земледельцами, а ремесленниками, мелкими торговцами или казаками, нёсшими службу на границе.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Лимайко стоит в одном ряду с Лимаренко, Лимановым и Лимаком. Все они образованы от той же основы, но разными суффиксами. Лимайко — одна из самых редких в этой группе, что делает её особенно ценной для семейной истории: чем реже фамилия, тем проще проследить конкретную ветвь рода по документам.