Фамилия Пелейко звучит необычно для русского уха, и это первый ключ к её происхождению. Её выдает суффикс -ко, который в восточнославянской ономастике — характерная примета украинской или белорусской фамильной модели. Такие фамилии (Шевченко, Коваленко, Бойко) массово формировались в XVI–XVII веках на землях Речи Посполитой, где суффикс -ко сначала означал «сын» или «потомок», а позже закрепился как фамильный показатель.

Основа Пелей- скорее всего, восходит к прозвищу или имени Пеле́й. В украинском и белорусском языках слово «пелей» или «пелій» — диалектное название пепла, золы. Прозвище Пелей могли дать человеку с пепельными, седыми волосами, либо тому, кто постоянно работал у печи или в зольном производстве (например, золотарь, вываривающий поташ). В польском языке есть слово «pielej» с похожим значением — «зола, пепел», что укрепляет версию о западнорусском или польском влиянии.

Менее вероятна, но допустима связь с греческим мифологическим Пелеем (отцом Ахилла). Такие «античные» прозвища в XVIII–XIX веках иногда давали семинаристы или священники, но фамилия Пелейко не похожа на искусственную семинарскую: у них другой суффиксальный строй (Пелеев, Пелейский). Скорее всего, корень народный.

Географически фамилия Пелейко встречается прежде всего в западных областях Украины (Волынь, Ровенщина) и в приграничных районах Беларуси. В России она редка и часто является следствием миграции с запада. Сословно предки носителя фамилии — скорее всего, крестьяне или казаки, реже — мещане мелких местечек. Суффикс -ко не указывает на дворянское происхождение, в отличие от фамилий на -ский или -ович.

Таким образом, Пелейко — украинская или белорусская фамилия, образованная от прозвища по цвету волос или роду занятий. Её носитель с большой вероятностью происходил из простого сословия, жившего к западу от современной границы России.