Фамилия Метляхин — наглядный пример того, как прозвище, данное по внешности или поведению, закрепилось в родовом имени. В её основе лежит слово «метля́х», которое в русских говорах имело два основных значения. Первое — «мотылёк», «бабочка». Второе, более редкое и диалектное, — «суетливый, непостоянный человек», «вертопрах». Скорее всего, прозвищем Метлях наградили человека подвижного, легкого на подъём, возможно, несколько ветреного или суетливого. Модель образования типична для русских фамилий: к основе на согласный добавляется суффикс принадлежности -ин, указывающий на то, что речь идёт о «сыне Метляха» или «человеке из семьи Метляха».

Суффикс -ин, в отличие от -ов/-ев, обычно присоединяется к основам, оканчивающимся на -а, -я или на мягкий согласный, но в фамилии Метляхин он стоит после твёрдого -х. Это не ошибка, а следствие того, что в разговорной речи прозвище Метлях склонялось как одушевлённое существительное мужского рода, и форма родительного падежа «Метляха» дала основу для фамилии. Подобная модель встречается у фамилий на -ихин (от прозвищ на -иха), но здесь основа иная.

С географической точки зрения, фамилия Метляхин редкая и имеет отчётливую региональную привязку. Основные очаги её бытования — юг России, в первую очередь Ростовская и Волгоградская области, а также Ставропольский край. В центральных и северных регионах она почти не встречается. Это указывает на то, что прозвище Метлях было распространено именно в южнорусских говорах, где слово «метля́х» в значении «мотылёк» до сих пор употребляется в диалектной речи. Возможно, предки носителей фамилии были выходцами из казачьих областей или крестьянами, переселившимися на южные земли в ходе освоения степей.

Встречается также вариант написания Метляков, который образован по более распространённой модели с суффиксом -ов. Он мог возникнуть при переписи населения, когда писарь «исправил» непривычный суффикс на стандартный, или же от другой формы прозвища — Метляк. Однако именно форма Метляхин сохранила первоначальное диалектное звучание и является более древней. Сословного барьера у этой фамилии не было: её могли носить как государственные крестьяне, так и казаки — точное происхождение конкретной семьи можно узнать только по архивным записям.