Фамилия Нукулин принадлежит к распространённой модели русских фамилий на -ин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: в основе лежит имя или прозвище, оканчивающееся на -а/-я, от которого образовано притяжательное прилагательное («чей?» — Нукулин сын, то есть сын Нукулы). Сама основа Нукул- — это, скорее всего, уменьшительная или обиходная форма от крестильного имени. Какое именно имя дало начало Нукуле — вопрос, на который у исследователей нет единого ответа.

Самая вероятная версия: Нукул — это народная, бытовая форма канонического имени Николай (от греческого «николаос» — «победитель народов»). В русских говорах имя Николай давало множество производных: Микула, Никула, Никулка, и, как вариант, Нукул. Переход «и» в «у» в безударном положении или под влиянием местных говоров (например, северных или сибирских) — явление нередкое. Если принять эту версию, то Нукулин означает «потомок Нукулы», а сам Нукула — человек, носивший в быту имя Николай.

Есть и другая, менее распространённая гипотеза: Нукул могло быть прозвищем, образованным от диалектного слова. В некоторых говорах «нукула» или «нукуль» могли называть молчаливого, угрюмого человека (ср. с глаголом «нукать» — понукать, заставлять, но здесь связь не прямая). Однако эта версия слабее: для прозвища обычно берут более яркую, образную основу, а «нукула» как самостоятельное слово в словарях русских народных говоров фиксируется редко.

Фамилия Нукулин — довольно редкая. Её географический центр — не центральные области России, а скорее Поволжье и Урал. Встречается она и у татар, и у башкир, но в этих случаях её происхождение может быть другим: от тюркского мужского имени Нукул (возможна связь с «нук» — «свет», «сияние»). Однако для русской ветви Нукулиных исходная модель — от имени Николай через форму Нукула — остаётся основной.

Таким образом, предок современных Нукулиных, вероятно, звался в миру Нукулой и был либо крестьянином, либо посадским человеком, получившим фамилию по отцу. В документах фамилия фиксируется с XVII–XVIII веков, но массовое распространение получила позже, после отмены крепостного права, когда фамилии стали обязательными для всех сословий.