Фамилия Мотрохин — одна из тех, чья основа уводит в народную речь, в мир прозвищ и старых диалектных слов. Её модель образования проста и прозрачна: это типичная русская фамилия на -ин, указывающая на принадлежность «сыну» или «человеку из семьи» человека по имени или прозвищу Мотроха.

Разберём эту основу. Корень Мотр- родствен слову «мотыга» и глаголу «моторить» — в старых говорах так называли человека суетливого, непоседливого, а иногда и просто того, кто работает быстро и энергично, «мотается» туда-сюда. В словаре В. И. Даля находим «мотрошить» — делать что-то проворно, торопливо. Прозвище Мотроха могли дать либо непоседе, либо расторопному работнику — в зависимости от контекста.

Суффикс -ох- (как в словах «плоха», «суматоха») в русских прозвищах нередко придавал слову оттенок просторечия или даже лёгкой пренебрежительности. Однако в фамилиях этот оттенок стёрся, и Мотрохин — это просто «потомок Мотрохи».

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с женским именем Матрёна в его просторечной форме Мотря. В этом случае Мотроха — уменьшительное от Мотря, а фамилия образована от имени матери. Но для русского ономастикона такая модель (от женского имени через форму на -ох- ) встречается реже, чем прозвищная. Правдоподобнее всё же видеть в основе прозвище по характеру или поведению.

Географически фамилия Мотрохин встречается в основном в центральных и южных областях России, особенно в Воронежской, Тамбовской и Липецкой областях. В XIX веке носители фамилии числились преимущественно государственными крестьянами и однодворцами — сословием, которое занимало промежуточное положение между крестьянами и мелкими землевладельцами. Это объясняет, почему фамилия не получила распространения среди дворянства или купечества.