Фамилия Пичайкин — редкий пример, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка было образовано от глагола со значением «пищать». В говорах «пичайка» — не просто звукоподражательное слово, а прозвище человека с тонким, высоким голосом, похожим на писк. В северных и сибирских диалектах так могли назвать плаксивого ребёнка или того, кто говорил быстро и невнятно. Основа «пичай-» — это усечённый вариант от «пищать» с суффиксом -айк-, который в русской антропонимии встречается реже, чем стандартные -к- или -ик-. Такая модель характерна для прозвищ, которые закрепились за одним человеком и не перешли в нарицательные имена.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: «чей?» — Пичайкин, то есть сын или потомок Пичайки. Это типичная патронимическая модель для центральной и северной России, где фамилии на -ин образовывались от основ, оканчивающихся на -а или -я. В отличие от фамилий на -ов (от основ на согласный), Пичайкин чётко привязан к прозвищу, а не к крестильному имени. В сводных словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) подобные образования разбираются как «прозвищные», то есть возникшие не от канонического имени, а от бытового описания человека.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Уралу, где диалектное слово «пичайка» фиксировалось этнографами ещё в XIX веке. В переписных книгах XVII–XVIII веков встречаются записи о крестьянах с прозвищем Пичайка, но сама фамилия в тогдашних документах редка — она могла оформиться позже, уже в XIX столетии, когда крестьянам массово присваивали фамилии по прозвищам глав семей. Сословно предки носителей фамилии, скорее всего, были государственными или помещичьими крестьянами: в дворянской среде такие «звукоподражательные» прозвища не приживались.

Есть и менее вероятная версия: связь с тюркским корнем «пичак» (нож) или «пичай» (резать), но она разбивается о суффикс -айк-, который в тюркских заимствованиях не встречается. Если бы основа была тюркской, фамилия выглядела бы как Пичаков или Пичаев. Поэтому лингвистически надёжнее считать Пичайкина «писклявым» предком — не обидным прозвищем, а точной характеристикой, которая закрепилась в роду.