Фамилия Плотвина образована по самой распространённой в русском языке модели — с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность к роду. Если основа оканчивается на -а или -я, суффикс почти всегда именно такой. Плотвина — буквально «дочь (или жена) Плотви» или «из семьи Плотви».

Основа фамилии — прозвище Плотва. В русских говорах плотвой называют небольшую пресноводную рыбу семейства карповых. Прозвище могли дать по нескольким причинам. Самая прямая — рыбак, который ловил или торговал именно этой рыбой. Но в народной речи «плотва» имела и переносный смысл: так могли называть мелкого, незначительного человека («мелкая сошка») или, наоборот, юркого, вертлявого — по поведению рыбы.

Есть и менее очевидная версия. В некоторых диалектах слово «плоть» звучало как «плота», и прозвище Плотва могло относиться к человеку плотного, коренастого телосложения. Однако эта гипотеза слабее: связь с рыбой для русского уха гораздо естественнее, а суффикс -ва в прозвищах (как в словах «брюква», «тыква») встречается редко и обычно не связан с телесностью.

Географически фамилия Плотвина встречается в основном в северных и центральных областях России — в Архангельской, Вологодской, Костромской, а также в Поволжье. Это косвенно подтверждает рыбную версию: плотва — распространённая промысловая рыба на севере и в средней полосе, где её ловили сетями и продавали на базарах.

В отличие от фамилий Плотников или Плотницкий, где корень указывает на плотницкое ремесло, Плотвина не имеет к строительству никакого отношения. Это редкий случай, когда фамилия, звучащая похоже на профессиональную, на деле ведёт к прозвищу или названию рыбы. В словаре Б. Унбегауна фамилия не упоминается, что говорит о её локальном, нестоличном происхождении — скорее всего, она закрепилась в одной или нескольких деревнях, где жил род Плотвиных.

В женской форме фамилия Плотвина сохранила исходное окончание -а, которое в мужском варианте звучало бы как Плотвин (хотя встречается и мужская форма Плотвин, но реже). Таким образом, носительница фамилии — прямая наследница прозвища, которое её предок получил за связь с рыбой: либо как ловец, либо как человек с соответствующим характером.