Фамилия Мотюх — редкий пример, где нестандартный суффикс -юх стоит в чистом виде, без наращения -ов или -ин. Такая модель образования характерна для украинской и белорусской традиции: суффикс -юх придаёт слову оттенок ласкательности или уменьшительности. Соответственно, основой фамилии послужило личное имя или прозвище Мотя — сокращение от Матвей, Матфей или, реже, от Матёрый. В украинской среде Мотя могло быть и самостоятельным прозвищем, производным от глагола «мотати» (наматывать, путать) — так могли прозвать человека суетливого или непостоянного.

Суффикс -юх встречается в фамилиях восточнославянского ареала, но не так часто, как -енко или -ук. Если бы фамилия оформлялась по русскому образцу, мы бы увидели Мотюхов. Форма Мотюх без патронимического окончания указывает, что фамилия закрепилась в том виде, в каком её носил первый носитель — скорее всего, на территории современной Украины или юга России, где украинское влияние было сильным. География фамилии сегодня подтверждает это: большинство Мотюхов живёт в Черниговской, Сумской областях Украины и в приграничных районах России.

Ономастических трудов, специально посвящённых этой фамилии, нет, но по аналогии с фамилиями типа Костюх, Семенюх, Иванюх можно уверенно говорить о её происхождении от краткой формы имени с уменьшительным суффиксом. Вторая версия — происхождение от прозвища Мотюха, которое могло относиться к человеку, занимающемуся мотанием ниток или пряжи, но она менее вероятна: прозвища по ремеслу редко образуются с суффиксом -юх.

Таким образом, предки носителей фамилии Мотюх — это люди, которых в быту звали ласково Мотя, а их дети и внуки получили фамилию по этому домашнему имени. Фамилия не относится к дворянским или крестьянским в строгом смысле — она бытовала в среде свободного сельского населения, где фамилии часто закреплялись стихийно, без вмешательства канцелярий.