Фамилия Петрейкин — редкий пример того, как одно и то же имя могло дать жизнь двум разным фамилиям, отличающимся всего одной буквой. В основе, скорее всего, лежит имя Пётр, но не напрямую, а через уменьшительную форму Петряй или Петрей. В русской ономастике суффикс -ей часто встречается в ласкательных или просторечных вариантах имён: Алексей, Андрей, Сергей — это полные формы, а вот «Петрей» — это уже народная переделка, аналогичная формам «Михай» от Михаил или «Савватей» от Савватий. От такого прозвища Петрей и образована фамилия с помощью типичного русского суффикса принадлежности -ин: Петрейкин буквально значит «сын Петрея» или «человек из рода Петрея».

Интересно, что фамилия Петрейкин — близкий «родственник» более распространённой фамилии Петряйкин. Разница в корневой гласной (е вместо я) может указывать на разное диалектное произношение или на то, что предки носителей фамилии жили в разных регионах. В северных и центральных говорах имя Пётр чаще давало формы с «я»: Петряй, Петряк, Петряга. Форма с «е» (Петрей) тяготеет к южнорусским или западнорусским говорам, где смягчение было иным. Таким образом, по фамилии Петрейкин можно с осторожностью предположить, что её основатель происходил не из центральной России, а, возможно, с юга или из районов, граничащих с украинскими землями, где «Петрей» звучало бы естественнее, чем «Петряй».

В дореволюционных переписях фамилия встречается редко, что говорит о её локальном характере. Скорее всего, она возникла в одном-двух сёлах и не получила широкого распространения из-за малой численности рода. Носители фамилии, судя по суффиксу -ин, были людьми незнатного происхождения: в крестьянской и мещанской среде такие фамилии образовывались от имён отцов и дедов без дополнительных формальностей. Петрейкины, вероятно, были либо крестьянами, либо посадскими людьми, и их фамилия — это просто память о предке, которого в быту звали Петрей, а не Петруша или Петя.