Фамилия Плотвинов — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, связано не с занятием человека, а с его внешностью или повадками. Корень здесь — «плотва», мелкая пресноводная рыба семейства карповых. Прозвище Плотва могли дать человеку невысокого роста, худощавому, юркому или, напротив, с узкими, «рыбьими» чертами лица. Иногда так называли любителя половить плотву или поесть её, но это менее вероятно: прозвища по типу «рыболов» образовывались иначе.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Плотвинов, то есть сын или потомок Плотвы. Форма на -ов (Плотвов) была бы грамматически возможна, но не прижилась, что косвенно говорит о северном или восточном происхождении фамилии: в этих регионах суффикс -ин в отпрозвищных фамилиях встречается чаще, чем в западных и южных.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» схема образования «рыбьих» фамилий описана подробно, но Плотвинов там не значится — это фамилия локальная, нечастотная. По данным современных открытых списков, наибольшая плотность носителей фиксируется в Вологодской и Архангельской областях, что подтверждает северный след.

Интересно, что в говорах слово «плотва» имело и переносное значение: так называли сплетницу, болтливую женщину (от глагола «плотать» — болтать). Однако фамилия Плотвинов — мужская, с суффиксом -ин, а не -их/-ых, что типично для прозвищ, перешедших по мужской линии, поэтому «рыбья» версия выглядит надёжнее.

Однокоренные фамилии — Плотвин, Плотников, Плотицын — образованы от тех же основ, но с разными суффиксами. Плотвинов стоит особняком: суффикс -ин добавлен к основе «Плотва», а не к «Плотвин», то есть фамилия не вторичная (не от фамилии Плотвин), а первичная, от прозвища. Это делает её более архаичной и ценной для генеалогии.