Фамилия Мотылина — женская форма от Мотылин, и её разбор стоит начать с суффикса. Модель на -ин указывает на принадлежность: в основе лежит личное имя или прозвище Мотыля (Мотыль), а сама фамилия отвечала на вопрос «чей сын?» — сын Мотыли. Такая схема характерна для северных и центральных регионов России, где -ин закрепился в крестьянской среде, в отличие от южных областей с преобладанием -ов.

Само прозвище Мотыль восходит к слову «мотыль» — так в русских говорах называли бабочку, мотылька, а в переносном смысле — легкомысленного, непостоянного человека, который «порхает по жизни». Версия с насекомым — основная и самая прозрачная: прозвища по поведению животных и птиц давали часто, и «мотыль» могло закрепиться за ветреным или суетливым крестьянином.

Есть и более редкая гипотеза — связь с диалектным глаголом «мотылить» (качать, болтать, мотать). В этом случае прозвище могло относиться к человеку с неуверенной походкой или к тому, кто постоянно «мотается» в разъездах. Но такая версия слабее: слово «мотыль» как название бабочки гораздо шире распространено в документах XVI–XVII веков, когда фамилии только складывались.

Географически фамилия Мотылина встречается в основном в центральной России и Поволжье, особенно в Нижегородской и Владимирской областях. Это неудивительно: именно там была высока плотность крестьянского населения, а фамилии на -ин от прозвищ на -а/-я составляли заметный пласт. Дворянских корней у Мотылиных нет — это типичная крестьянская или мещанская фамилия, образованная от бытового прозвища.

В написании фамилии нет двусмысленности: ударение падает на второй слог — Моты́лина. В старых переписях могла записываться как Мотылин (мужская форма), а женская закрепилась в быту уже в XIX веке, когда женщины получили паспорта и фамилии перестали меняться по мужу.