Фамилия Нелиткина — женская форма фамилии Нелиткин, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Нелитка. Ключ к пониманию — в суффиксе -к-, который в русских фамилиях часто указывает на уменьшительную или пренебрежительную форму исходного слова. В данном случае основа — «нелит(ый)».

Самая правдоподобная версия связывает фамилию с глаголом «лить» и приставкой «не-». Нелиткой в северных и центральных говорах могли называть либо недоделанную, недолившуюся вещь (например, неполный сосуд), либо человека, которого «не долили» — то есть хилого, слабого, недоросшего. Однако есть и другая, более конкретная гипотеза: прозвище могли дать мастеру-литейщику, который работал плохо, с браком — «недоливал» металл в форму. Тогда Нелитка — это ироничное прозвище, закрепленное за человеком определённой профессии.

Суффикс -ин в фамилии (Нелиткин) указывает на принадлежность: «чей?» — сын Нелитки. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я. Географически фамилия редкая, её очаги, судя по архивным данным, тяготеют к бывшим Владимирской и Костромской губерниям — регионам, где было развито ремесленное литьё (колокольное, кузнечное). Встречается также написание «Нелиткина» без удвоения «т», что может указывать на более позднюю запись в документах, когда утратилась связь с исходным глаголом.

Таким образом, предки Нелиткиных, скорее всего, были ремесленниками, работавшими с металлом, либо получили прозвище за физическую слабость или малый рост — в любом случае, фамилия сохранила в себе бытовую наблюдательность и иронию русских говоров.