Фамилия Нэлин почти наверняка — фонетический вариант более распространенной фамилии Нелин. Разница в написании через «э» — следствие того, как записывали фамилию в документах: в некоторых говорах и при передаче иноязычных имен безударная «е» звучала ближе к «э», поэтому буква и закрепилась в паспорте. Но корень у обеих форм общий.

Основная версия происхождения уводит нас в немецкий город Каценеленбоген (Katzenelnbogen). От его названия образовалась длинная фамилия Каценеленбоген, которая со временем сократилась до короткой формы Нелин. Название города переводится буквально как «локоть кошки» — так когда-то назвали излучину реки, напоминающую согнутую кошачью лапу. Фамилия известна с XVI века: первым носителем был Нелин Меир бен Ицхак (1482–1562), руководитель ешивы Падуи, родившийся как раз в Каценеленбогене.

Есть и другая, чисто славянская версия, которая не связана с еврейской традицией. Согласно ей, Нелин — «охранительное» имя: от глагола «линять» с отрицательной частицей «не». Родители, желая уберечь сына от болезней и слабости, называли его Нелином — то есть «не линяющим», не теряющим сил и здоровья. Эта практика давать имена-обереги была широко распространена в деревнях, и фамилия могла возникнуть независимо от немецкой линии.

Связь с женским именем Нелли, которое восходит к греческому и означает «светлая», маловероятна: слишком поздно это имя вошло в обиход, чтобы стать основой для фамилии, и оно не объясняет форму с суффиксом -ин.

Суффикс -ин указывает на славянское влияние: такую форму фамилия приобрела среди еврейского населения, жившего на территории России, Украины, Белоруссии или Польши. Там отчества и фамилии по модели «чей сын» образовывали именно с этим суффиксом. Среди известных однофамильцев — российский актер и конферансье Эммануил Фроймович Нэлин, чье творчество пришлось на вторую половину XX века.