Фамилия Павлюхина образована от мужского крестильного имени Павел, которое в переводе с латинского означает «маленький». В основу фамилии легла не полная форма имени, а производная, народная — Павлюха. Такие формы в старину были широко распространены в простонародной среде: уменьшительно-ласкательные, обиходные варианты имен использовали в повседневной речи, тогда как полное имя звучало в церкви или при официальных записях.

Словообразовательная модель здесь простая и прозрачная: к основе Павлюх- добавлен суффикс -ин, который указывает на принадлежность. Фамилии с этим суффиксом отвечали на вопрос «чей?» и означали «сын такого-то» или «человек из семьи такого-то». То есть Павлюхина буквально — «дочь или жена Павлюхи», а в более широком смысле — потомок человека по имени Павлюха. По той же модели возникли десятки других русских фамилий от разговорных форм имен: Петюхин, Ванюхин, Гришухин.

Скорее всего, основатель рода Павлюхиных был выходцем из простого сословия. На это указывает сам характер имени-основы: в дворянской среде предпочитали книжные или полные формы, а вот крестьяне, ремесленники и посадские люди легко использовали сокращенные имена в качестве официальных прозвищ, которые затем закреплялись за семьей. Фамилия фиксирует не только имя, но и социальный контекст эпохи, когда личное прозвище отца становилось родовым именем для его детей и внуков.

Интересно, что фамилия Павлюхина сохранила женскую форму, которая в русской традиции указывала на женщину — носительницу фамилии, тогда как мужской вариант звучит как Павлюхин. В документах, метрических книгах и переписях обе формы употреблялись параллельно, и это нормально для русской антропонимии. Сама основа Павлюха нередко встречается в украинской и белорусской традиции, где суффикс -юх- особенно характерен для разговорных форм имен, поэтому нельзя исключать, что в некоторых случаях фамилия могла закрепиться в южнорусских или малороссийских землях, а затем распространиться севернее.