Фамилия Полетыкина — женская форма фамилии Полетыкин, и её происхождение стоит искать в прозвище или имени предка по мужской линии. Основа фамилии — «Полетыка» или «Полетык». Слово это неоднозначное, и тут есть две основные версии, причём одна гораздо убедительнее другой.

Самая вероятная версия связывает фамилию с глаголом «полетать», то есть «летать некоторое время». В старину прозвище Полётыка могли дать человеку непоседливому, вертлявому, тому, кто, как говорили, «летает по делам», не сидит на месте. Суффикс -ык-/-ик- в таких прозвищах (сравните: Непоседа — Непоседыка, Вертун — Вертуныка) часто придавал оттенок просторечной, бытовой характеристики. Таким образом, Полётыка — это «непоседа», «егоза», «быстрый в движениях человек». Фамилия образовалась по типичной модели: сначала прозвище Полётыка, затем отчество Полётыкин (чей сын? — Полётыкин), которое закрепилось как фамилия.

Вторая версия, менее правдоподобная, выводит фамилию от имени Полиевкт (в просторечии — Полуект, Полет). Если имя Полиевкт в народной речи сократили до Полетыка, то фамилия означала бы «сын Полетыки». Однако для этого нет убедительных доказательств: форма «Полетыка» как производная от Полиевкта нигде не зафиксирована, в отличие от устойчивых «Полуект», «Полуехт». К тому же ударение в исходном имени падало бы на второй слог (Полие́вкт), а в фамилии оно, скорее всего, на второй: Полеты́кин.

Географически фамилия Полетыкин встречается нечасто, что говорит о её локальном происхождении. Больше всего её носителей в старых русских областях — в Поволжье, в частности в бывшей Самарской губернии, и на юге России. По сословию предки, скорее всего, были крестьянами или мещанами — прозвища, данные по поведению, характерны именно для низовых слоёв общества, где человека называли не по отцу, а по заметной черте характера. Фамилия Полетыкина, таким образом, хранит память о шустром, непоседливом предке, который не давал скучать окружающим.