Фамилия Полынских — редкий случай, когда окончание -их/-ых сразу выдаёт географию и социальный слой. Такие фамилии типичны для северных и центральных областей России, особенно для Вятки, Архангельской, Вологодской губерний и некоторых районов Сибири, куда переселенцы унесли этот говор. Если фамилия оканчивается на -ских, а не на -ых, это может указывать на более позднюю книжную переделку или на польско-украинское влияние, но форма Полынских — исконно русская, «домашняя».

Основа фамилии — слово «полынь». Вряд ли предка звали Полынь в честь горькой травы. Скорее всего, прозвище Полынь дали человеку с горьким, неуживчивым или язвительным характером. В русских говорах «полынный» означало не только «горький на вкус», но и «горестный, обидчивый». Не исключено и бытовое прозвище — например, знахаря, который лечил полынью, или торговца этой травой. Полынь в народной медицине ценилась высоко, и человека, постоянно с ней возившегося, могли так окрестить.

Суффикс -ск- в фамилиях обычно указывает на принадлежность к месту или вотчине, но в паре с окончанием -их (Полынских) он работает иначе. Модель «чьи?» — ответ на вопрос семьи: «Полынских» буквально значит «из семьи Полыни». Такая форма закрепилась в документах, когда крестьянам или мещанам давали фамилию по главе двора. В переписных книгах XVII–XVIII веков это выглядело как «Ивашко Полыня, сын его Микитка Полынских».

Интересно, что фамилия не встречается в дворянских родословных — это стопроцентно крестьянская или посадская фамилия. В списках однодворцев и государственных крестьян южных губерний (Тамбовской, Воронежской) изредка попадаются Полынские, но там форма могла возникнуть от названия села Полынь или Полыновка. Однако для фамилии Полынских с окончанием -ых версия с прозвищем остаётся основной: слишком редки топонимы с таким корнем, чтобы объяснить массовость.

Сравните с однокоренными: Полынцев, Полынин, Полынов. Все они образованы от того же прозвища, но с разными суффиксами, типичными для разных регионов. Полынских — самая редкая и самая говорящая о северном или вятском происхождении носителя.