Фамилия Петий — редкий случай, когда основа, скорее всего, не имя и не профессия, а прозвище по внешнему признаку или характеру. Корень здесь — «пет-», который в русских говорах давал несколько значений. Самое прямое — «петий» значит пёстрый, рябой, пятнистый. В старину так говорили о масти лошади или окрасе птицы, но могли перенести и на человека: например, на того, у кого были веснушки, следы оспы или просто неоднородный цвет лица. Менее вероятно, но возможно, что прозвище дали суетливому, «петушиному» человеку — от глагола «петить» (упрямиться, капризничать в некоторых диалектах).

Фамилия образована по простой модели: прилагательное «петий» перешло в разряд фамилий без добавления суффикса. Это так называемая «окаменелая» форма, как, например, фамилии Толстой, Босой или Рыжий. Суффикс -ий здесь — окончание прилагательного, а не фамильный формант. Такие фамилии чаще встречались на юге России и Украине, где была сильна традиция прозвищ без патронимических суффиксов (-ов, -ин). Поэтому географически фамилия Петий тяготеет к чернозёмным областям и малороссийским губерниям.

В отличие от фамилий Петров или Петин, которые восходят к имени Пётр, Петий — это именно прозвищная фамилия. Если предок носил её, то в документах его могли записать как «Иван Петий», то есть Иван Пёстрый. Со временем прозвище закрепилось за родом, и потомки уже не были рябыми, но фамилия сохранила ту самую живую деталь облика или поведения, за которую зацепился глаз в XVI–XVII веках. Встречается и вариант написания через «т» — Петий, что не меняет сути: ударение в любом случае падает на первый слог.