Фамилия Мотыленок — из числа тех, что сразу обращают на себя внимание суффиксом. В русской ономастике -ёнок (в белорусском и украинском вариантах часто -енок) — характерный патронимический суффикс, указывающий на «сына» или «потомка». Такие фамилии особенно распространены на белорусских и западнорусских землях, где в XVI–XVII веках суффикс -ёнок активно использовался в именованиях по отцу. Мотыленок буквально означает «сын Мотыля» или «потомок Мотыля».

Корень — Мотыль. В русском языке слово «мотыль» имеет два основных значения. Первое — мелкое ракообразное, личинка комара, популярная наживка у рыбаков. Второе — диалектное, более редкое: так могли называть человека суетливого, непоседливого, «мотыляющегося» туда-сюда. Однако прозвище Мотыль могло возникнуть и из личного имени — уменьшительной формы от Матвей (Мотя, Мотыль). В белорусской традиции Мотыль — вполне возможное народное сокращение от Матвей, как Тимофей превращался в Тимох, а Иван — в Ваньку. Таким образом, версия с именем-основой выглядит убедительнее, чем с рачком или суетой: в основе фамилии лежит крестильное имя Матвей (древнееврейское «дар Яхве»), а Мотыль — его местная, просторечная форма.

Модель образования проста: к основе Мотыль- добавили суффикс -енок (в белорусском произношении -ёнак), который после реформы орфографии в русском языке закрепился как -ёнок, но в фамилиях часто сохраняют написание через «е». Фамилия Мотыленок — типичный пример восточнославянской патронимической фамилии, которая закрепилась в виде, близком к исходному прозвищу, без дополнительных притяжательных суффиксов (-ов, -ин).

Сравнение с однокоренными фамилиями — Мотылёв, Мотылин, Мотыль — показывает, что Мотыленок стоит особняком. Мотылёв — более поздняя, «великорусская» форма, образованная по модели «чей?» (Мотылёв — сын Мотыля). Мотыленок же сохранил архаичную модель прямого патронима, характерную для северо-западных говоров и белорусского ареала. Географически фамилия тяготеет к Гомельской, Могилёвской областям Беларуси, а также к Смоленщине и Брянщине. Встречается она нечасто, что только подтверждает её локальное происхождение.

Сословная принадлежность носителей фамилии — скорее всего, крестьянская или мещанская. Патронимы на -ёнок в XVII–XVIII веках были распространены среди свободных крестьян и казаков, а не дворянства, которое предпочитало фамилии на -ов/-ев и -ский. Так что предки Мотыленков, вероятно, были землепашцами или ремесленниками, и фамилия просто закрепилась за их потомками без изменений.