Фамилия Плотинин образована по продуктивной модели с суффиксом -ин, который в русском языке указывает на принадлежность: чей сын? — Плотинин. Основа здесь — прозвище или мирское имя Плотя, Плотяня. В старину плотями называли небольшие запруды, перегородки в реке для ловли рыбы, а также сами рыболовные снасти — плетёные верши или мережи. Соответственно, Плотей могли прозвать человека, который жил у плотины, строил запруды или промышлял рыболовством с помощью плотей.

В русских говорах слово плотя имело и другое значение — «плоть, тело», но в основе прозвища оно маловероятно: такие именования обычно давали по внешнему признаку (Толстой, Рыжий), а не по отвлечённому понятию. Правдоподобнее версия, связывающая фамилию с гидротехническим или рыболовным термином. В ономастическом словаре Б. Унбегауна фамилии с корнем плот- отнесены к группе, образованной от названий ремёсел и занятий.

Фамилия Плотинин встречается в основном в центральных и северных областях России, где были развиты речное рыболовство и мельничное дело. В писцовых книгах XVI–XVII веков можно найти крестьян и посадских с прозвищем Плотя — это подтверждает древность корня. В отличие от фамилии Плотицын, которая образована от уменьшительной формы плотка (маленькая плотина или рыбка), Плотинин стоит ближе к исходному слову плотя и звучит более архаично.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Плотинин — не самая частая, но устойчивая форма. Плотицын, Плотоносов, Плотин — все они восходят к разным оттенкам одного корня, но Плотинин сохранил прямой указатель на прозвище, а не на отчество от канонического имени (как, например, Плотин — от греческого Plōtinos). Поэтому с большой долей уверенности можно сказать: предки носителей фамилии Плотинин были либо строителями запруд, либо рыбаками, промышлявшими плетёными снастями. Точное сословие определить сложно — такие прозвища бытовали и среди крестьян, и среди ремесленников, и даже среди служилых людей по прибору.