Фамилия Пелогейчик — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не прозвище, а церковное имя, прошедшее через несколько языковых фильтров. Её ядро — женское имя Пелагея (от греческого «пелагос» — море). Однако в фамилии закрепилась просторечная, «облегчённая» форма Пелогея, где «а» перешло в «о» под влиянием акающих говоров или простонародного произношения.

Модель образования указывает на западнорусские или польско-белорусские земли. Суффикс -чик характерен для фамилий, возникших в регионах, где польская морфология смешивалась с восточнославянской. Пелогейчик — это не «сын Пелагеи» (для этого было бы -ин или -ов), а скорее «маленький Пелагеин», «Пелагеин внук» или даже «человек, связанный с Пелагеей». В польской традиции суффикс -czyk (-чик) часто означал уменьшительность или принадлежность к роду.

Поскольку имя Пелагея было распространено в крестьянской и мещанской среде, предок носителя фамилии мог быть сыном или внуком женщины по имени Пелагея (в народном произношении — Пелогея). В условиях, когда фамилии часто давали по матери (особенно если отец был неизвестен или умер рано), такая форма была естественной. Другая версия — что Пелогейчиком прозвали самого человека, например, мальчика, которого воспитывала бабка Пелагея, или парня, который работал на неё.

Аналогов фамилии немного. Однокоренные Пелагеин, Пелагеевский встречаются чаще, но именно форма с -чик и «о» вместо «а» выдает конкретный ареал — скорее всего, Гродненская, Минская или Волынская губернии Российской империи, где польское влияние на фамилии было сильным. В современных русских фамилиях такой суффикс редок, что делает Пелогейчика не просто указанием на родство, а маркером сложной этнической и языковой границы.