Фамилия Павалук звучит на украинский или белорусский лад, и суффикс -ук в ней — ключевой. В восточнославянской ономастике суффикс -ук (а также -юк) типичен для западноукраинских и южнобелорусских фамилий: он указывает на принадлежность к роду, чаще всего по отцу. Исходное имя или прозвище, от которого пошла фамилия, — Павал. Это народная, разговорная форма канонического имени Павел (от латинского paulus — «маленький», «скромный»). Таким образом, Павалук — это «сын Павала», то есть потомок человека, которого в быту звали Павалом.

В отличие от фамилий на -ов или -ин, которые чаще встречаются в великорусских землях, модель на -ук указывает на географию: основная зона бытования фамилии Павалук — Волынь, Подолье, Полесье, а также соседние районы Беларуси. В польском языке тоже есть фамилии на -ук, но там они обычно считаются заимствованными из восточнославянской традиции. Встречается и вариант написания через «о» — Паволук, но он менее распространён и, скорее всего, возник под влиянием акающего произношения.

Корень фамилии — «павал» — мог быть не только формой имени. В некоторых диалектах украинского и белорусского языков словом «павал» называли павлин (от общеславянского «павлин» через польское paw). Прозвище Павал могли дать человеку за яркую, пёструю одежду или за важную, горделивую походку. Однако эта версия менее вероятна: именная основа (от Павел) встречается в фамилиях гораздо чаще, чем прозвищная от названия птицы. Тем более что для «павлина» в украинском языке есть и более точное слово — «павич».

Что касается сословного происхождения, то фамилии на -ук в массе своей носили крестьяне и мещане западнорусских земель. В реестрах казацкой старшины такие фамилии тоже встречались, но реже. Павалуки, скорее всего, были простыми людьми: хлеборобами, ремесленниками или мелкими торговцами, жившими в сёлах или небольших местечках. Точных документальных сведений о первых носителях фамилии нет, но можно предположить, что фамилия закрепилась в XVII–XVIII веках, когда в Речи Посполитой шёл массовый процесс фиксации фамилий у непривилегированных слоёв населения.

Сегодня фамилия Павалук остаётся редкой. В России она встречается эпизодически, чаще всего у потомков переселенцев с Украины и из Беларуси. В самой Украине она сосредоточена в западных областях, особенно в Волынской и Ровенской. Несмотря на редкость, фамилия хорошо вписывается в ряд соседних — Павлюк, Павленко, Павловский — и не теряет своей прозрачной этимологии.