Фамилия Попелко — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка связано не с именем, а с внешностью или занятием. Корень здесь «попел» — это диалектная форма слова «пепел» (сравните украинское «попіл» и белорусское «попел»). Суффикс «-ко» указывает на западно- или южнорусское происхождение: такие фамилии особенно характерны для Украины, Беларуси и пограничных областей России (Брянщина, Смоленщина). В этой модели суффикс часто выполнял уменьшительно-ласкательную или «сыновью» функцию, то есть Попелко — буквально «маленький Попел» или «сын Попела».

Самое вероятное объяснение прозвища «Попел» — человек с очень светлыми, пепельными волосами. В русских говорах «пепельный» цвет волос называли именно «попелястым», а человека с такой внешностью могли прозвать Попелом. Вторая версия, менее распространённая, — прозвище по роду занятий: золольник, тот, кто работал с золой и пеплом (например, при выжиге поташа или в мыловаренном деле). Однако для фамилии Попелко эта гипотеза слабее, так как профессиональные прозвища чаще давали по инструменту или продукту труда, а не по отходу.

В ономастике фамилия Попелко не упоминается в фундаментальных работах Б. Унбегауна, но встречается в региональных списках. Её однокоренные «собратья» — Попелов, Попеляев, Попель — распространены шире, а форма с суффиксом «-ко» как раз выдает конкретный ареал: западные земли бывшей Речи Посполитой, где фамилии на «-ко» были нормой для крестьян и мещан. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — значит, предки носителя фамилии Попелко были, скорее всего, простыми людьми: ремесленниками, крестьянами или казаками.

Особенность написания — буква «ё» в корне. В документах XIX — начала XX века фамилию могли записывать как Попелко, Попелько или даже Папелко (под влиянием акающего произношения). Современная норма закрепила форму с «о» и «е», но в устной речи до сих пор встречаются варианты с ударением на первый или второй слог. Географически фамилия сегодня чаще всего встречается в Черниговской, Гомельской и Брянской областях — то есть в зоне, где украинские и белорусские говоры смешиваются с южнорусскими.