Фамилия Мотолин — одна из тех, где за простым звучанием скрывается неочевидная основа. На первый взгляд хочется связать её с глаголом «мотать», но словообразовательный суффикс -ин указывает на происхождение от личного имени или прозвища, а не от действия. Скорее всего, в основе лежит прозвище Мотоля — так в русских говорах могли называть человека с какой-то характерной чертой, возможно, непоседливого или суетливого, того, кто «мотается» без дела. В пользу этой версии говорит и то, что суффикс -ин в русских фамилиях традиционно образует притяжательные формы: «чей?» — Мотолин, то есть сын или потомок Мотоли.

Менее распространённая, но лингвистически возможная версия — связь с диалектным словом «мотоль», которое в некоторых областях означало мотылька или бабочку. Прозвища по сходству с насекомыми в русской ономастике встречаются, хотя и редко. Однако здесь есть тонкость: если бы фамилия образовалась напрямую от «мотыль», мы бы скорее ожидали форму Мотылёв. Форма Мотолин заставляет предполагать, что исходное прозвище звучало именно как Мотоля — с окончанием -я, характерным для уменьшительных или ласкательных имён.

Географически фамилия редкая и не имеет ярко выраженного «гнезда» в каком-то одном регионе. В дореволюционных источниках она встречается эпизодически, чаще всего в центральных губерниях России. Это говорит о том, что Мотолины не были массовой крестьянской фамилией — скорее, она возникла в какой-то одной локальной группе, возможно, среди однодворцев или посадских людей.

В этимологическом словаре русских фамилий Б. Унбегауна пример Мотолин не приводится, но по модели образования он полностью вписывается в группу фамилий от прозвищ на -оля: Косолапов, Щеголихин, Гололобов. Суффикс -ин здесь работает как маркер принадлежности, а сама основа остаётся «тёмной» — не столько из-за редкости слова, сколько из-за того, что диалектное прозвище могло быть понятно только в узком кругу носителей говора.