Фамилия Мотолога — редкий случай, когда прямое значение основы очевидно, а вот происхождение фамильной модели ставит в тупик. Если отбросить вариант случайного искажения при записи (а такое бывает часто), то перед нами почти наверняка украинская или белорусская фамилия, образованная не по стандартной восточнославянской модели.

Слово «мотолог» в русских говорах не фиксируется как самостоятельное. Зато в украинском языке «мотолог» — это тот, кто занимается мотінням, то есть сматыванием ниток в мотки. Прозвище Мотолог могли дать прядильщику, ткачу или торговцу пряжей. Вторая версия связана с глаголом «мотати» в переносном смысле — «мотатися» значит скитаться, болтаться без дела. Тогда Мотолог — человек непоседливый, беспокойный, возможно, бродяга. Третья, менее вероятная, — от «мотати» в значении «тратить, расточать» (мот). Но окончание -лог здесь не греческое (как в «филолог»), а скорее результат сращения корня с суффиксом -аг/-ог, характерным для украинских прозвищ.

Ключевая особенность фамилии — её окончание. В русской традиции фамилии на -ога обычно имеют суффикс -ин (Мотологин) или -ов (Мотологов). Форма Мотолога без изменений по падежам (она не склоняется как мужская фамилия на -а) указывает на украинское происхождение, где фамилии с таким окончанием — обычное дело. В реестрах запорожских казаков встречаются прозвища вроде Мотола, Мотроха, Мотолог — скорее всего, исходная форма была именно такой, а современная фамилия — её застывшая украинская основа.

География фамилии узкая. Основные следы ведут в центральные и западные области Украины, а также в южные регионы Беларуси. В России Мотолога — редкость, чаще всего это потомки переселенцев конца XIX — начала XX века. Сословно носители, скорее всего, происходили из крестьян или мещан, занимавшихся ремеслом, связанным с текстилем, либо получивших прозвище за свой непоседливый нрав.