Фамилия Мотылев (в написании через «ё» — Мотылёв) происходит от прозвища Мотыль. Чаще всего это слово в сознании связано с ночной бабочкой, но в русских говорах у него был целый веер значений, которые и открывают главную загадку фамилии.

Словарь В. Даля фиксирует за словом «мотыль» несколько технических смыслов, восходящих к глаголу «мотать»: это и крючок, и лебедка, и рукоять для кругооборота, и коромысло, и рычаг у поршня, и даже хомутик с винтом у токарного станка. Если прозвище давали по одному из таких значений, то Мотылем могли называть мастера, который работал с подобными приспособлениями, — например, мотальщика на прядильной или ткацкой мануфактуре. В этом случае фамилия попадает в разряд «профессиональных» именований, распространенных среди ремесленного люда.

Вторая версия отталкивается от глаголов «мотылять» и «мотыльничать». «Мотылять» — порхать как мотылек, качаться, болтаться; «мотыльничать» — колебаться, не решаться, не держать слова. Тогда прозвище Мотыль могло закрепиться за человеком ветреным, непостоянным или, наоборот, неуверенным в решениях. Такое прозвище скорее отражало характер, чем род занятий.

Формант -ев указывает на притяжательную модель: Мотылев — сын Мотыля. По такой схеме в XV–XVII веках складывалась основная масса русских фамилий, когда прозвище отца переходило к детям и внукам. Точное место и время возникновения фамилии установить сложно: процесс шел постепенно, и в разных регионах одни и те же прозвища могли независимо превращаться в фамилии в разное время. В документах фамилия встречается в разных написаниях — и через «е», и через «ё», что отражает лишь орфографическую традицию, а не разное происхождение.