Фамилия Мелайкина — женская форма, а её основа — мужская фамилия Мелайкин. В русской традиции фамилии на -ин образованы от основ, оканчивающихся на -а или -я, и указывали на принадлежность: «чей сын?» — Мелайкин, то есть сын Мелайки. Само прозвище Мелайка, от которого всё пошло, скорее всего, звучало как Мелайка или Мелайко.

Корень здесь — «мел-», который в русских говорах многозначен. Самое прямое объяснение: от слова «мелкий» — невысокий ростом, незначительный по положению, или, в северных диалектах, «меля» — человек маленького роста, коротышка. Но есть и другая, более редкая версия: в некоторых областях «мелай» или «меляй» могли называть того, кто мелет зерно, то есть мельника. Прозвище по ремеслу могло закрепиться за человеком, хотя в этом случае чаще встречаются фамилии от полной формы «Мельник» или «Мельников».

Интересна суффиксальная часть: -айк- — нечастый формант для русских прозвищ. Обычно такие образования (типа Веселай, Болтай) несли оттенок просторечия или даже пренебрежения. То есть Мелайка — это не просто «мелкий», а «мелковатый, мелкота». В ономастике подобные модели разбирал Б. Унбегаун, отмечая, что фамилии на -айкин, -ейкин чаще встречаются в северных и центральных губерниях России, особенно в бывших новгородских землях и Вологодчине.

Географически фамилия Мелайкин (и Мелайкина) редкая, но фиксируется в основном в Поволжье, в частности в Самарской и Ульяновской областях. Это может указывать на миграцию носителей прозвища из северных регионов вниз по Волге в XVII–XIX веках. Других однокоренных фамилий, вроде Мелаев или Мелаков, практически нет — это делает Мелайкиных носителями уникального прозвищного гнезда.

Версия о связи с тюркским «мелай» (ангел) маловероятна: фамилия имеет прозрачную славянскую морфологию, и для заимствования из тюркских языков в русской среде обычно характерны другие суффиксы. Так что предок современных Мелайкиных, скорее всего, был либо невысоким мужчиной, которого в деревне дразнили Мелайкой, либо, что менее вероятно, работал на мельнице, но прозвище получил по говору своей местности.