Фамилия Пеляйкина — женская форма фамилии Пеляйкин. Её основа — прозвище или неканоническое имя Пеляйка. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Пеляйкин буквально означал «сын Пеляйки» или «человек из рода Пеляйки». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я.

Корень «пеляй-» неочевиден и порождает несколько версий. Самая вероятная связь — с диалектным словом «пеляй», которое в ряде говоров (например, в северных и сибирских) означало «пестрый», «рябой» или «пёстрый, как пелева» (мякина). Прозвище Пеляйка могли дать человеку с рябым лицом, веснушками или просто пёстрой, неоднородной внешностью. В этом случае фамилия — из разряда «по наружности», весьма распространённых в русской ономастике.

Менее вероятна, но возможна связь с финно-угорским субстратом. В коми и удмуртском языках есть слова, похожие на «пеля» — например, «пель» (ухо) или «пеля» (половина). Если предки жили на северо-востоке европейской России, прозвище могло иметь иноязычное происхождение, но убедительных параллелей для «пеляй» в этих языках нет. Скорее всего, корень — исконно русский диалектный.

Географически фамилия Пеляйкин встречается преимущественно в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской, Архангельской и Кировской областях. Это подтверждает версию о северном диалектном слове. Фамилия не относится к числу частых, что типично для прозвищных фамилий, не связанных с известными ремёслами или именами святых.

Таким образом, Пеляйкины — потомки человека по прозвищу Пеляйка, вероятно, рябого или пёстрого внешне. Фамилия сохранила редкую диалектную черту, которая сегодня почти утрачена в живой речи.