Фамилия Мельцайкин — редкий пример, где основа ясна, а суффикс сбивает с толку. Корень здесь — «мельц-» или «мельч-», и почти наверняка он связан с глаголом «мельчать» или прилагательным «мелкий». В старых говорах «мельцать» означало «становиться мелким, мельчать», а «мельца» — мелкую вещь, крошку, иногда так называли невысокого человека. То есть прозвище Мельцай (или Мельцей) дали либо человеку маленького роста, либо тому, кто занимался чем-то мелким — например, разменивал деньги или торговал мелочью.

Самое интересное — суффикс «-айкин». В русской ономастике он встречается нечасто. Обычно фамилии на «-айкин» образуются от прозвищ с конечным «-ай» или «-ей»: Мельцай → Мельцайкин. Но здесь могла сказаться и местная диалектная черта. В рязанских, тамбовских и нижегородских говорах суффикс «-ай» был продуктивен для образования прозвищ (ср. Гуляй, Ломай, Стреляй). А фамилии на «-кин» часто фиксировали иноязычное или диалектное происхождение основы — в отличие от стандартного «-ов», «-ин» здесь указывает на то, что прозвище оканчивалось на согласный, а не на гласный.

По географии фамилия тяготеет к центральным и поволжским регионам — Мордовия, Пензенская, Нижегородская области. Встречается она редко, что говорит о локальном происхождении: скорее всего, один род с таким прозвищем закрепился в конкретной деревне, а потом фамилия разошлась по родственникам. Версия о связи с немецкой фамилией Melz (от названия местности) маловероятна — слишком специфичен русский суффикс.

Социально фамилия почти наверняка крестьянская. Прозвища, образованные от внешности или занятия, в среде крепостных и государственных крестьян давали без затей — по самой заметной черте. Никаких дворянских родов с такой фамилией не известно, что подтверждает её простонародное происхождение.