Фамилия Пайметькина — женская форма фамилии Пайметькин. Её основа неочевидна на первый взгляд, и разбор требует обращения к финно-угорским языкам, что сразу выделяет её из ряда типичных русских фамилий.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Пайметьки). Корень же, скорее всего, восходит к мордовскому (эрзянскому или мокшанскому) мужскому имени Пайметька. Это имя — народная форма от канонического имени Памфил или Панфил (греч. «всеми любимый»), адаптированная под финно-угорскую фонетику: начальное «Па» сохранилось, а «н» перешло в «й» (Пайметь). Уменьшительный суффикс -к- (Пайметька) типичен для бытового именования в Поволжье.

Географически фамилия Пайметькина привязана к Мордовии и соседним областям — Нижегородской, Пензенской, Ульяновской. Встречается она редко, что говорит о локальном происхождении: носители, вероятно, потомки крестьян-мордвы, принявших православие, но сохранивших в фамилии память о дохристианском звучании имени.

Иной версии, связывающей фамилию с тюркскими корнями (например, «пай» — доля, часть), придерживаться не стоит: в мордовской среде имя Пайметь зафиксировано в документах XVII–XVIII веков, тогда как тюркская этимология не даёт убедительных параллелей ни в антропонимии, ни в топонимике региона.