Фамилия Помелухо — редкий случай, когда прозвище сохранилось почти без изменений: суффикс -о, характерный для украинских и белорусских фамилий, не «переодел» основу в стандартное русское -ов или -ин. В основе лежит слово «помело́» — метла, обычно из веток или прутьев, которой подметали пол или чистили печь. Человек по прозвищу Помелухо мог получить его по разным причинам: за неопрятность, за долговязость (как метла — длинная и худая) или по профессии — например, если он был дворником, истопником или работал на мельнице, где метла была главным инструментом.

Ударение, скорее всего, падало на последний слог — Помелухо́, что характерно для украинской модели произношения. Форма на -ухо типична для юго-западных говоров: ср. фамилии Грицухо, Крикухо, Свистухо. Суффикс -ух- в украинской ономастике часто придаёт прозвищу пренебрежительный или шутливый оттенок, поэтому Помелухо могло означать «тот, кто вечно с метлой» или «неуклюжий, как метла».

Географически фамилия тяготеет к историческим территориям Черниговщины, Полтавщины и юга Беларуси — регионам, где метлу называли «помело» (в отличие от севернорусского «метла»). В дореволюционных переписях Помелухо встречается преимущественно среди крестьян и казаков, реже — среди мещан. Дворянской ветви у фамилии нет: прозвище слишком бытовое и ироничное, чтобы попасть в гербовники.

Спорных версий здесь немного. Иногда любители народной этимологии выводят Помелухо от слова «мелуха» (мелкая рыба) или от «помелить» (намести), но это натяжки: основа «помел-» в значении «метла» прослеживается во всех восточнославянских языках, и альтернативные толкования не объясняют суффикс -ух-. Единственная реальная вариация — фамилия Помелуха, которая встречается на западе Украины и является фонетическим вариантом с тем же корнем.

В современных базах носители Помелухо рассеяны: есть в Краснодарском крае, в Ростовской области, в Беларуси и на востоке Украины. Фамилия нечастотная, но живая — её не «исправили» на Помелов или Помельников при советской паспортизации, что говорит о сохранении локальной традиции.