Фамилия Немолочная — редкий пример, где женская форма закрепилась в качестве основной, а не как вариант от мужской. В русской традиции фамилии на -ая/-яя обычно принадлежали женщинам, но в данном случае носительницами могли быть и мужчины, если фамилия застыла в такой форме из-за особенностей местного говора или документальной ошибки. Чаще всего подобные фамилии встречаются на юге России и Украине, где адъективные окончания (-ий/-ая) сохранялись в крестьянской среде дольше.

Смысловая основа прозрачна: «немолочная» — противопоставление слову «молочный». В крестьянском быту так могли назвать корову, которая не давала молока, или, переносно, человека, не приносящего пользы, «пустоцвета». Однако вряд ли прозвище давали за бесполезность — скорее, в ироничном или охранительном ключе, чтобы отвести беду. Настоящую «немолочную» скорее жалели, чем порицали.

Есть и другая версия: фамилия могла возникнуть из топонима. На Украине и в Белоруссии встречаются села с названиями Немолочь, Немолочное, где «немолочь» означало неплодородную землю, «не дающую молока» в переносном смысле — скудный урожай. Тогда Немолочная — это «выходец из Немолочного». География фамилии сегодня тяготеет к южнорусским областям и востоку Украины, что косвенно подтверждает эту привязку.

Суффикс -н- в основе указывает на прилагательное, а окончание -ая — на женский род, что делает фамилию уникальной для русского ономастикона: мужчины с такой фамилией, скорее всего, носили её в неизменном виде, не склоняя. В документах XVIII–XIX веков подобные фамилии часто записывали «на слух», и если писарь слышал «Немолочная», то так и фиксировал, не задумываясь о роде носителя.