Фамилия Петельчук — яркий пример того, как украинская модель словообразования перешла в русский фамильный фонд. Её основа — Петель, а суффикс -чук указывает на происхождение от человека по имени или прозвищу Пётр, Петеля или Петько. В украинской ономастике суффикс -чук (как и -енко) означал «сын» или «потомок», поэтому Петельчук буквально — «сын Петеля». Само прозвище Петель, скорее всего, образовано от имени Пётр через народную форму Петя, Петеля. Такое стяжение и добавление суффикса -ель (как в «котель», «свирель») — типичный для украинских говоров способ ласкового или уменьшительного прозвища.

Корень фамилии может быть и более прямым: слово «петля» в значении «завязка, крюк, изгиб» дало бы прозвище человеку, который занимался плетением, вязанием или изготовлением петель (например, портной или рыбак, вязавший сети). Однако в украинском языке «петля» звучит как «петля», а не «петель», поэтому версия с именем Пётр выглядит убедительнее. В пользу этого говорит и распространённость фамилий Петелько, Петельченко, Петель в западных областях Украины — именно там модель на -чук особенно активна.

Географически фамилия Петельчук тяготеет к Волыни и Подолью, где фамилии с суффиксом -чук встречаются в каждом втором селе. В России она редка, чаще всего встречается у потомков переселенцев из этих регионов. Интересно, что в русских переписных книгах XVII века фамилия не фиксируется — она сформировалась уже в XIX веке, когда крестьянам массово давали фамилии по отцу. Это значит, что предки носителя фамилии, скорее всего, были крестьянами или мещанами, а не дворянами или казаками.

Сравним с однокоренными фамилиями: Петельчук отличается от Петельченко суффиксом — если -енко обозначает сына (Петельченко — сын Петеля), то -чук может указывать на более молодого или младшего в роду, а также на принадлежность к определённой общине. В некоторых говорах -чук даже имел оттенок «слуга, помощник», но для фамилий это значение стёрлось. Таким образом, Петельчук — фамилия, которая говорит о предке по имени Пётр, но в мягкой, домашней форме, и о его украинских корнях.