Фамилия Петоченко — характерный пример украинской фамилии, образованной по одной из самых распространённых моделей Восточной Украины. Суффикс -енко, означающий «маленький» или «сын», указывает на то, что предок носителя фамилии был сыном человека по имени или прозвищу Пето. В основе фамилии лежит неканоническое, то есть нецерковное, имя или прозвище Пето.

Само прозвище Пето могло возникнуть несколькими путями. Самая очевидная версия — это усечённая или уменьшительная форма от крестильного имени Пётр, широко распространённого на Руси и в Украине. Формы вроде Петец, Петько, Пето — естественные для живой речи. Вторая, менее вероятная, но возможная версия: прозвище Пето могли дать человеку, который часто употреблял слово «петь» или был певчим, но в украинской ономастике такая модель редка. Наконец, в некоторых говорах «петой» называли пёстрого, рябого человека, но это прилагательное, а не основа для прозвища Пето.

Географически фамилия Петоченко тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкащине, Сумщине. В России она встречается, но значительно реже, обычно как следствие переселений или русификации украинских фамилий в конце XIX — начале XX века. Интересно, что в отличие от фамилий на -енко от полных имён (Иваненко, Павленко), Петоченко происходит от краткой, почти домашней формы имени, что говорит о неформальном, бытовом происхождении прозвища предка.

С сословной точки зрения фамилия не даёт конкретных указаний: носителями фамилий на -енко были и казаки, и крестьяне, и мещане. Но сам факт, что фамилия не была искусственно создана в семинарской среде (как, например, Петровский), указывает на простонародные корни. Предок Петоченко, скорее всего, был обычным сельским жителем, которого в округе знали как Пето — сына или внука Петра.