Фамилия Павлюхин — один из тех случаев, когда за русским суффиксом -ин скрывается не исконно русская, а украинская или белорусская основа. В её центре лежит имя Павлюха — просторечная, народная форма канонического имени Павел (от латинского paulus — «малый», «скромный»). Такие формы с суффиксом -юх- (как Иванюха, Гринюха, Степанюха) типичны для западнорусских и малороссийских говоров, где они передавали ласковое или фамильярное отношение.

Модель образования проста: к основе Павлюх- добавили русский патронимический суффикс -ин, который отвечал на вопрос «чей?». Значит, Павлюхин — это «сын Павлюхи», то есть потомок человека, которого в быту звали не полным именем, а уменьшительно-пренебрежительным или просто обиходным Павлюха. В документах XVI–XVII веков такие формы часто встречаются как прозвища или неофициальные имена крестьян и казаков: «Павлюха Иванов сын» означало, что отца звали Иваном, а самого носителя — Павлюхой.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически смешивались русское и украинское население: Брянщина, Курская, Воронежская, Ростовская области, а также юг России в целом. В центральных и северных областях России чаще встречалась бы фамилия Павлов или Павловин, а Павлюхин остаётся маркером южного, западнорусского или украинского корня.

Интересная деталь: в отличие от фамилий на -ов/-ев, которые образуются от полных форм имени (Павлов — от Павел), суффикс -ин в Павлюхине указывает на то, что предок нёс прозвище или обиходное имя, а не официальное крестильное. Это сразу выделяет фамилию из ряда «простых» патронимов. Если бы предок был из духовного сословия или дворян, скорее всего, фамилия звучала бы как Павловский — с книжным суффиксом -ский. Павлюхин же — фамилия крестьянская или казачья, демократичная по происхождению.

Встречаются однокоренные варианты: Павлюков (с суффиксом -ов от той же основы Павлюк) и Павлюченко (украинская модель на -енко). Павлюхин стоит ближе к русской традиции оформления, но с ярко выраженным южным «акцентом» в основе. Носитель этой фамилии может с высокой вероятностью проследить свои корни в район бывшего Черниговского, Полтавского или Слободского казачества, где имя Павел в уменьшительной форме было особенно популярно.