Фамилия Неллин — редкий случай, когда корень не славянский, а суффикс — типично русский, «присвоительный» -ин. Такая модель работала просто: от имени или прозвища матери или отца, оканчивающегося на -а/-я, образовывали притяжательное прилагательное, которое затем закреплялось как фамилия потомков. «Неллин» буквально значит «чей? — Неллин», то есть сын или дочь Нелли, либо человек из семьи, где главой называли Нелли.

Само имя Нелли в русском быту — заимствование из английского и французского, сокращение от Елена, Элен или Анна. В XIX веке, особенно в дворянской и купеческой среде, было модно давать детям европейские имена. Но фамилия Неллин, скорее всего, не дворянская — суффикс -ин в этой среде чаще оформлял фамилии от крестильных имён, а Нелли звучала как прозвище или домашнее имя. Поэтому вероятнее всего, что предок носителя фамилии — человек из городского или мещанского сословия, которого в семье или в окружении звали Нелли (ласково, по-домашнему), а его дети пошли уже по отцу: «Неллин сын».

Встречается фамилия крайне редко, в основном в центральной России и в бывших столичных губерниях, куда в XIX веке стекались иностранные имена. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) Неллин не фигурирует — это говорит о её позднем происхождении и малой распространённости. Сравнение с фамилиями вроде Неллин, Неллинский или Нельин показывает, что форма на -ин — самая естественная для адаптации женского имени с конечным -и.

Версия о связи с финно-угорским корнем (например, «нелля» — четыре) маловероятна: для неё потребовался бы суффикс -ин при основе, оканчивающейся на гласный, но в таком случае фамилия звучала бы как Неллин, а не Неллин. Так что проще и логичнее всего считать, что Неллин — это «сын той, кого звали Нелли».