Фамилия Молочек звучит ласково, почти по-домашнему, но её происхождение не такое однозначное, как кажется. В первую очередь на ум приходит связь с молоком, но здесь есть важный нюанс: фамилия образована не напрямую от слова «молоко», а от прозвища или мирского имени. В старину Молочком могли называть человека с очень белой, светлой кожей, как молоко, или же кормильца — того, кто держал молочный скот и снабжал деревню молоком. Однако не стоит путать эту фамилию с распространёнными «молочными» фамилиями вроде Молочникова или Молокова: суффикс -ек указывает на уменьшительно-ласкательную форму, что характерно для прозвищ, а не для названий профессий.

Словообразовательная модель здесь простая, но редкая. Основа «молоч-» (от «молоко» с чередованием к/ч) плюс суффикс -ек, который в русских фамилиях встречается нечасто. Обычно фамилии на -ек закреплялись в украинской и белорусской среде, где этот суффикс более типичен для прозвищ (сравните: Горобец, Ковалец). Поэтому велика вероятность, что фамилия Молочек имеет западнорусские или малороссийские корни. В центральной России скорее появился бы Молочков, а на юго-западе — Молочек.

Есть и другая, менее очевидная версия. В некоторых говорах «молочком» называли не только продукт, но и растение — например, молочай, млечный сок которого использовали в народной медицине. Прозвище Молочек мог получить травник или знахарь, лечивший этим соком. Эта гипотеза правдоподобна, но уступает первой по распространённости.

Географически фамилия встречается в основном на территории современной Украины, в Беларуси и в южных областях России. В дореволюционных переписях её носители чаще всего были крестьянами или мещанами. Среди дворянства фамилия не фиксируется — это однозначно крестьянская или казачья фамилия, что подтверждается её прозвищным характером. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель с уменьшительным суффиксом -ек отмечена как характерная для украинской ономастики, что делает версию о южном происхождении наиболее обоснованной.