Фамилия Мителкин образована от прозвища или нецерковного имени Мителка. В её основе лежит слово «митель» — так в некоторых русских говорах называли метель, вьюгу, пургу. Человек мог получить прозвище Мителка за буйный, порывистый характер, за склонность к быстрой смене настроения или за то, что родился в сильную метель. Менее вероятно, хотя и возможно, происхождение от глагола «митить» (целить, метить) — тогда прозвище могло относиться к меткому стрелку или человеку с приметной внешностью.

Суффикс -ин в фамилии Мителкин указывает на типичную модель русских фамилий, образованных от основ на -а, -я. Мителка — исходное прозвище, Мителкин — сын или потомок Мителки. Такая модель была особенно распространена в северных и центральных областях России, где фамилии на -ин встречаются чаще, чем на -ов, из-за распространённости прозвищ на -а. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) эта модель описана как одна из древнейших, восходящая к XV–XVI векам.

Интересная деталь: фамилия Мителкин — не единственная в своём гнезде. Существуют однокоренные фамилии Мителев, Мителов, которые могли возникнуть от той же основы, но с другим суффиксом. Однако Мителкин стоит особняком: суффикс -к- в прозвище (Мителка, а не Митель) придаёт ему уменьшительно-ласкательный или, наоборот, пренебрежительный оттенок. В крестьянской среде такие формы часто давали детям или молодым людям, подчёркивая их возраст или положение в семье.

Географически фамилия Мителкин встречается в основном в центральных регионах России — в Тверской, Ярославской, Владимирской областях, а также в Поволжье. Это указывает на её происхождение из среды великорусского крестьянства. В документах XVII–XVIII веков, если бы они сохранились, носитель такой фамилии скорее всего оказался бы государственным или помещичьим крестьянином, а не дворянином: фамилии от прозвищ природных явлений в среде высших сословий почти не встречались.

Таким образом, Мителкин — фамилия, которая прямо говорит о прозвище предка, связанном либо с зимней стихией, либо с меткостью, и закрепившаяся в центральной России не позднее XVII века.