Фамилия Пентюхин образована от прозвища Пентюха, которое восходит к нарицательному «пентюх» — «желудок». Такое объяснение встречается в словарях, и оно не единственное: в разных говорах слово «пентюх» имело и другие значения, но именно «желудок» считается основным. Если отталкиваться от него, то Пентюхой в народе могли называть любителя плотно и сытно поесть. В крестьянской среде, где еда была мерой достатка и здоровья, такая черта легко становилась прозвищем, закреплявшимся за человеком.

Впрочем, есть и другая версия, не менее правдоподобная. Прозвище Пентюха мог получить человек, занятый тяжелым физическим трудом: плотная еда была ему необходима для сил, а сам он ассоциировался с основательностью и выносливостью. Не исключено также, что прозвище подчеркивало характер: настойчивость, упрямство, целеустремленность. В этом случае Пентюхой называли человека, который, как говорили, «прет как пентюх» — идет напролом к своей цели, не сворачивая.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для русских фамилий. От прозвища Пентюха через притяжательный суффикс -ин образовали фамилию Пентюхин, что буквально значит «сын Пентюхи» или «человек из рода Пентюхи». Такая модель была распространена в северных и центральных русских землях, где фамилии на -ин встречались так же часто, как и на -ов.

Стоит отметить, что у фамилии есть родственные «однофамильцы» по корню: Пентюхов, Пентюшкин, Пентюков. Они образованы от тех же прозвищных основ, но с разными суффиксами, что говорит о живом бытовании слова «пентюх» в народной речи в разных регионах. Само слово сегодня звучит архаично, но в поговорках и местных говорах оно сохранилось, что помогает проследить путь от прозвища к фамилии.

Таким образом, Пентюхин — это фамилия-прозвище, которая закрепилась за потомками человека, чем-то выделявшегося среди окружающих: аппетитом, физической силой или упрямым характером. Со временем прозвище Пентюха стало наиболее употребительным именованием главы рода, а затем, по обычной для России модели, превратилось в фамилию, которую носят его потомки.