Фамилия Молыченко — яркий пример украинской модели фамилии, образованной с помощью патронимического суффикса -енко. Этот суффикс в украинской ономастике означает «сын» или «потомок» (аналогично русскому -ович/-евич). Таким образом, Молыченко — это «сын Молыка». В основе лежит прозвище или некалендарное имя Молык.

Корень «Мол-» в данном случае не связан с молоком, как можно было бы подумать. Скорее всего, он восходит к глаголу «молоть» или к слову «мельник» в диалектном произношении. В украинских говорах «молоти» — молоть зерно, а «мольник» или «молык» — уменьшительное от «молодь» (мелкая рыба, мальки). Однако более вероятной выглядит версия с профессиональным прозвищем: Молыком могли называть мельника или человека, занятого помолом зерна. В пользу этого говорит распространенность «мельничных» фамилий в украинской среде (Мельник, Мельниченко, Молотков).

Региональная привязка фамилии Молыченко — преимущественно центральная и восточная Украина, а также южные области России, куда переселялись украинские крестьяне. В исторических источниках фамилия встречается в Полтавской, Харьковской и Черниговской губерниях. Поскольку подавляющее большинство носителей таких фамилий были крестьянами или казаками, дворянские корни здесь маловероятны. Фамилия фиксирована в письменных источниках примерно с XVIII века, когда на Левобережной Украине патронимы на -енко стали закрепляться как наследственные.

Стоит отметить, что существует и альтернативная, менее убедительная версия — от тюркского имени Малык (свойский, ручной). Но она не объясняет суффикс -енко, который однозначно указывает на славянское происхождение фамилии. Так что предки современного Молыченко с высокой долей вероятности были связаны с мельничным делом или просто получили прозвище по роду занятий.