Фамилия Нюхалкина — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, сохранилось почти без изменений. В отличие от большинства русских фамилий, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров) или профессий (Кузнецов, Плотников), эта фамилия происходит от глагола «нюхать». Суффикс -к- в основе «Нюхалк-» указывает на лицо, склонное к действию: «нюхалка» — тот, кто постоянно нюхает, принюхивается. Такие прозвища давали людям с острым обонянием или по характерной привычке. В русских говорах слово «нюхать» имело и переносные значения: «разузнавать, выведывать, быть любопытным». Так что предок мог слыть не просто человеком с чутким носом, а пронырливым и дотошным.

Фамилия образована по продуктивной модели: основа «Нюхалк-» + суффикс -ин, который в северных и центральных русских говорах закреплял принадлежность к роду (чей? — Нюхалкин сын). Изначально это было отчество: «сын Нюхалки». Окончание -а в современной форме — женский вариант фамилии, мужская форма — Нюхалкин.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где суффикс -ин в фамилиях встречается чаще, чем на юге. В переписных книгах XVII–XVIII веков могли встречаться крестьяне или посадские люди с прозвищем Нюхалка, но в открытых источниках фамилия не фиксируется среди дворянских родов. Сословный состав — почти наверняка крестьянство или мещанство, поскольку прозвища от бытовых действий редко давали знатным людям.

Однокоренные фамилии — Нюхалов, Нюхин, Нюхтиков — все восходят к той же основе, но Нюхалкина отличается тем, что в ней сохранился «длительный» суффикс -лк-, который подчёркивает не разовое действие, а склонность к нему. Прозвище могло быть ироничным или нейтральным: в среде, где обоняние играло роль в быту (охота, травничество, определение свежести продуктов), такая черта могла цениться.

Современные носители фамилии Нюхалкина встречаются в основном в Поволжье и на Урале, что подтверждает миграционные потоки крестьян в XIX веке. Перепись 1897 года могла бы зафиксировать её в Вятской или Пермской губерниях, но точных данных без архивного поиска нет. Фамилия не утратила прозрачной внутренней формы: любой носитель русского языка сразу понимает её корень, что делает её одной из «говорящих» фамилий, сохранивших живую связь с прозвищем предка.