Фамилия Плямина — женская форма, а её мужской вариант — Плямин. В основе, скорее всего, лежит прозвище или нецерковное имя Пляма. В русских говорах «пляма» — это пятно, отметина, родимое пятно, а также, по В. И. Далю, «плесень» или «затхлость». Прозвище могли дать человеку с заметной родинкой на лице или с особенностями кожи. В переносном смысле «плямой» могли назвать того, кто «запятнал» себя дурным поступком, но в крестьянской среде прозвища чаще давали по внешним приметам.

Модель образования проста: суффикс -ин указывает на принадлежность. Плямин буквально означает «сын Плямы» или «человек из семьи Плямы». Фамилия недвусмысленно отсылает к прозвищу, а не к профессии или географическому названию. В ономастических справочниках (например, у Б. Унбегауна) подобные фамилии от прозвищ по внешним признакам — обычное явление для северных и центральных губерний России, где «пляма» могла звучать как диалектное слово.

Встречается фамилия в разных регионах, но редка. Есть иная, менее вероятная версия: от слова «плямкать» — болтать, говорить невнятно. Тогда прозвище Пляма получил бы говорун или картавый. Однако первая версия — по внешнему признаку — кажется более прямой и типичной для русских фамилий, образованных от существительных, обозначающих конкретный предмет или примету.

Фамилия не имеет отношения к дворянским родам и, судя по простоте корня, принадлежала крестьянам или мещанам. В дореволюционных метрических книгах Плямины изредка встречаются в Тверской, Ярославской и Вологодской губерниях — там, где слово «пляма» бытовало в живой речи.