Фамилия Помухина — женская форма фамилии Помухин, и её разбор стоит начать с редкого корня. В отличие от большинства русских фамилий на -ин, образованных от имён или профессий, основа «помух-» неочевидна и вызывает споры. Скорее всего, перед нами прозвище, связанное с мухой. В русских говорах «помуха» могло означать что-то назойливое, мелкое или нечистое — в прямом смысле (насекомое) или переносном (человек, который «липнет», надоедает). Возможна и связь с диалектным глаголом «помушить» — «загрязнить, запылить», откуда «помуха» как грязь или сор. Таким образом, фамилия могла закрепиться за человеком, который постоянно пачкался, или за тем, кто досаждал окружающим.

Вторую версию подсказывает география. Фамилия Помухин встречается в основном в центральных и северных областях России, особенно в бывших Вятской и Пермской губерниях. Там слово «помуха» фиксировалось в значении «плесень» или «накипь» — например, на поверхности кваса или болота. Прозвище могли дать носителю по внешности (неопрятный, с пятнами на коже) или по роду занятий — тому, кто имел дело с сыростью, бочками, квашнями. В этом контексте фамилия Помухин — редкий образец прозвища от конкретного бытового понятия, а не от имени или ремесла.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Помухин, то есть сын или потомок человека по прозвищу Помуха. Модель образования типична для русских фамилий XVI–XVII веков, когда прозвища превращались в родовые имена в крестьянской и посадской среде. Более ранняя форма — Помуха — могла быть и личным именем-оберегом (например, чтобы защитить ребёнка от сглаза, называя его некрасивым словом), но это менее вероятно: такие имена чаще строились на зооморфных основах (Волк, Заяц), а не на абстрактных.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Мухин, Помухин — показывает, что Помухин встречается реже. Если Мухин — одна из самых распространённых русских фамилий (от Муха), то приставка «по-» сужает значение: не просто муха, а нечто «похожее на муху» или «связанное с мухой». В XIX веке носители фамилии Помухин фиксировались среди государственных крестьян и мещан, без связи с дворянством. Известных исторических личностей с такой фамилией нет, что типично для прозвищной фамилии локального бытования.