Фамилия Потрихайлова — редкая и звучащая не по-книжному, а по-живому, как прозвище, которое закрепилось в роду. Её основа — глагол «потрихать» (или «потряхивать»), то есть слегка трясти, встряхивать. В русских говорах у этого слова был и переносный смысл: «потрихаться» — суетиться, делать что-то торопливо и не всегда толково, или же вести себя беспокойно, ёрзать. Таким образом, прозвище Потрихай (а от него — фамилия) могли дать человеку непоседливому, суетливому, либо тому, кто имел привычку что-то постоянно поправлять, «потряхивать» — например, одежду или инструмент.

Суффикс -лов- в фамилии Потрихайлова — редкий и показательный. В русской ономастике фамилии на -лов обычно образовывались от глагольных прозвищ в повелительном наклонении: Потрихай → Потрихайлов (буквально «сын того, кого звали Потрихай»). Такая модель встречается в северных и центральных областях России, особенно в среде крестьян и ремесленников. Сравните с фамилиями Трясилов, Шевелёв, Болтайлов — все они несут отпечаток бытовой, живой речи, а не книжного именования.

Географически фамилия привязана к регионам, где бытовал говор с характерным «потрихать». Чаще всего её можно встретить в Вологодской, Архангельской и Кировской областях, а также в Пермском крае — то есть на территории бывших новгородских и вятских земель. Там прозвища на -ай и -яй были особенно распространены: Потрихай, Болтай, Шугай. Сословно предки Потрихайловых, скорее всего, были государственными или помещичьими крестьянами, реже — посадскими людьми.

Интересно, что фамилия не имеет ничего общего с «трихой» (от греч. «волосы») или «потрохами» — это чисто славянское глагольное образование. Встречается и более редкий вариант написания — Потрихаев, где суффикс -ев указывает на ту же основу, но другую модель (от прозвища Потрихай напрямую, без наращения -л-). Однако форма Потрихайлова — основная и наиболее старая, удержавшаяся благодаря тому, что прозвище было активно в быту несколько поколений подряд.