Фамилия Мытрюк — яркий пример украинской модели фамилии, образованной с помощью уменьшительно-ласкательного суффикса -юк. В ономастике этот суффикс (наряду с -ук, -чук) считается одним из самых продуктивных на западе и в центре Украины, особенно в Волынской, Ровенской, Житомирской областях. Он указывал на потомка, сына или ученика человека, чьё имя или прозвище легло в основу.

Основа фамилии — «Мытр» — скорее всего, фонетический вариант имени Дмитрий. В украинских говорах, особенно в полесских и западных, начальное «д» перед «м» могло переходить в «м» или смягчаться, давая формы вроде Митро, Митрук, Дмытро. Отсюда и Мытрюк: человек из рода Мытра, то есть Дмитрия. Менее вероятная, но возможная версия — связь с глаголом «митрити» (в некоторых диалектах — хитрить, мудрить). Тогда прозвище Мытр мог получить хитроватый или изворотливый человек.

По сословному происхождению фамилия Мытрюк, скорее всего, крестьянская или казацкая. Она не принадлежала дворянству или духовенству — там использовались другие модели (на -ский, -ович). В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках её носители фиксировались как мещане или государственные крестьяне Волынской и Подольской губерний. Интересно, что фамилия не получила широкого распространения за пределами Украины и до сих пор остаётся локальной, редкой даже по украинским меркам.

Если сравнивать с однокоренными, то Мытрюк стоит в одном ряду с Митюк, Митрохин, Дмитренко. Но именно суффикс -юк выдает западноукраинское происхождение: на Левобережье или Слобожанщине чаще встречался бы Мытренко. Таким образом, по одной фамилии можно примерно определить не только род занятий предка, но и регион, где она сформировалась.