Фамилия Мотыхляева — редкая и с трудноуловимой этимологией. В её основе лежит прозвище или мирское имя Мотыхляй, а сама фамилия образована по самой распространённой русской модели: к основе на -й добавляется суффикс -ев (фонетически закономерно после мягкого согласного), а затем женское окончание -а. Мужской вариант, соответственно, Мотыхляев.

Ключ к разгадке — в корне «мот-». В русских говорах этот корень даёт целый пласт слов, связанных с движением, суетой и непоседливостью. Глагол «мотать» означает не только наматывать, но и качать, болтать, а в переносном смысле — проводить время в бесполезной беготне, тратить деньги, уклоняться от дела. Отсюда «мот» — расточитель, гуляка, а «мотыга» — орудие для рыхления, которое в работе совершает характерные маятниковые движения. Вполне вероятно, что Мотыхляем в народе прозвали человека суетливого, непоседливого, который «мотается» туда-сюда, или же, напротив, того, кто быстро истратил состояние, «промотал» его.

Вторая, менее очевидная версия, отталкивается от слова «мотыль». В некоторых диалектах так называли не только бабочку, но и мелкую рыбёшку, а также — в переносном смысле — вертлявого, легкомысленного человека. Суффикс -хл- в прозвище (Мотыхляй) мог усиливать оттенок небрежности или неуклюжести действия, сродни словам «растяпа», «неряха» (сравните с диалектным «мотылять» — болтаться, шататься). Таким образом, Мотыхляй — человек, который «мотыляет» по жизни, не имея твёрдой опоры.

Ономастические справочники (например, работы Б. Унбегауна) подтверждают, что фамилии на -ых/-их и с нестандартными суффиксами часто возникали в северных и северо-восточных регионах России, а также в среде однодворцев. Для фамилии Мотыхляева характерен суффикс -ев при основе на согласный, что говорит о её относительно позднем оформлении (не ранее XVII века) и, скорее всего, крестьянском или мещанском происхождении. Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Уралу — именно там фиксируются похожие прозвищные гнёзда с корнем «мот-». Найти известных носителей с такой фамилией в исторических источниках сложно из-за её редкости, но это как раз и указывает на её глубинное, народное, а не книжное происхождение: её дали не в канцелярии, а в среде, где прозвище было точным и понятным каждому.