Фамилия Палюкина — женская форма, а мужская, Палюкин, образована с помощью типичного русского суффикса принадлежности -ин. Этот суффикс указывает на родство или зависимость: Палюкин буквально значит «сын Палюки» или «человек из семьи Палюки». Основа здесь — прозвище или неканоническое имя Палюка, которое, скорее всего, восходит к диалектному слову «палюка» — в некоторых говорах так называли палку, дубину, толстую ветку. Человек мог получить такое прозвище за внешность (высокий и худой, как жердь) или за характер (прямолинейный, резкий, как палка). Встречается и другая версия: в основе может лежать глагол «палить» — жечь, обжигать. Тогда Палюка — прозвище того, кто палил, например, выжигал лес под пашню или работал у печи. Менее вероятно, но не исключено, что это форма крестильного имени Павел (через уменьшительное Паля), однако для фамилий на -ин такое сближение встречается реже, чем для фамилий на -ов.

Словообразовательная модель с суффиксом -ин характерна для фамилий, образованных от основ на -а, -я, и широко распространена в северных и центральных областях России. Палюкины могли быть выходцами из крестьянской или ремесленной среды: прозвища такого типа давали в быту, а фамилия закрепилась за потомками без сословных привилегий. В отличие от фамилий на -ский, которые часто носили дворяне или духовенство, Палюкины — фамилия «народная», уходящая корнями в повседневную жизнь.

В русской ономастике фамилия Палюкин не считается редкой, но и не входит в число самых распространённых. Её можно встретить в записях по Владимирской, Костромской и Нижегородской губерниям — именно там диалектное слово «палюка» фиксируется в словарях. Встречаются варианты написания с одной «к» (Палюкин), но двойная «к» в женской форме Палюкина — результат грамматической нормы, а не смыслового различия.

Интересная деталь: фамилия Палюкин — один из примеров, когда прозвище, казалось бы, грубоватое (сравните с фамилиями Дубинкин, Колотушкин), со временем теряет первоначальную негативную окраску и становится нейтральным родовым именем. Никаких знаменитых носителей в истории не зафиксировано, что только подтверждает её сугубо бытовое, крестьянское происхождение.