Фамилия Палюга звучит редко и сразу привлекает внимание непривычным окончанием. В русской ономастике суффикс -юг(-а) встречается нечасто. Он характерен для прозвищ, образованных от глаголов или прилагательных, и придаёт слову оттенок просторечия, иногда — пренебрежения. Такая модель (сравните: «вертлюга» от вертеться, «кривляка» от кривляться) указывает, что основой фамилии стало прозвище, данное за манеру поведения или внешность.

Самая прямая версия связывает Палюгу с глаголом палить — жечь, опалять огнём. В этом случае прозвище Палюга могли дать человеку, который часто жёг что-то: выжигал уголь, работал в кузне или имел обыкновение поджигать. Вторая версия, менее очевидная, но лингвистически допустимая, отталкивается от слова пал — степной или лесной пожар. Тогда Палюга — тот, кто либо тушит пожары, либо, наоборот, устраивает их. Третий вариант — связь с диалектным палить в значении «гнать, быстро бежать». В некоторых говорах «палюга» могло означать резвого, торопливого человека.

География фамилии размыта, но явно тяготеет к западнорусским и белорусским землям. Окончание на -а и суффикс -юг- встречаются в белорусской и украинской антропонимии чаще, чем в северорусской. В польском языке есть слово paluch (палец), и фамилия Палюга могла возникнуть как вариант с другим суффиксом, но это менее вероятно: семантика «пальца» не даёт убедительной мотивации для прозвища.

Сословная принадлежность носителей фамилии не фиксируется в дворянских родословных книгах. Палюги, скорее всего, крестьянский или мещанский род. Встречаемость фамилии низкая, что говорит о её локальном происхождении: прозвище закрепилось в одном-двух регионах и не распространилось широко. В современных документах Палюги встречаются в Брестской и Гродненской областях Беларуси, а также в западных областях России.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Паленов, Палин, Пальчиков) показывает, что Палюга стоит особняком: она не вписалась в стандартную модель на -ов или -ин, а сохранила прозвищную форму без переделки. Это делает её ценной для историков языка — она донесла до нас живую, неоглаженную канцелярией речь тех, кто давал прозвища четыре-пять веков назад.