Фамилия Паюченко звучит на украинский лад, и это первое, что бросается в глаза. Модель образования типична для восточной Украины: суффикс -енко означает «маленький», «сын» или «потомок». То есть Паюченко — это «сын Паюка» или, шире, «потомок человека по прозвищу Паюк». Основа фамилии — прозвище Паюк.

Само прозвище Паюк, скорее всего, восходит к украинскому слову «паюк» — так в некоторых говорах называют паука. В народе паук ассоциировался не только с трудолюбием и терпением (плетение паутины), но и с хитростью, умением выжидать. Прозвище могли дать человеку неторопливому, кропотливому или, наоборот, скрытному и изворотливому. В старину такие «животные» прозвища были обычным делом: Медведь, Заяц, Волк — и Паук (Паюк) стоит в этом же ряду.

Возможна и вторая, менее очевидная версия. В некоторых регионах «паюком» называли паяльщика или человека, занимающегося лудильным делом (от глагола «паять»). Тогда Паюченко — потомок мастера по металлу, ремесленника, который паял посуду или медную утварь. Эта версия правдоподобна, но уступает первой по распространённости: прозвища от профессий в форме «Паюк» встречаются реже, чем зооморфные.

Географически фамилия Паюченко привязана к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкащине, Сумщине. В России она редка, встречается в основном в приграничных с Украиной регионах или у потомков переселенцев. Интересно, что ударение в фамилии плавающее: в украинском варианте чаще на «е» (Паюче́нко), в русском — на «ю» (Па́юченко), что иногда приводит к путанице при записи.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Паюченко — не единственный вариант. В той же среде возникали Паюк (без суффикса, как исходное прозвище), Паюков (русифицированная форма с суффиксом -ов), а также Паюченков — гибрид, где к украинской основе добавили русский суффикс. Паюченко остался в чисто украинской модели, что говорит о прямом сохранении народной традиции именования.