Фамилия Птюшкины — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а звукоподражание. Исходное слово — «птюшка». Так в русских говорах, особенно северных и сибирских, называли птицу, причём не какую-то конкретную, а любую мелкую пташку: «птюшка села на оконце». Детское или уменьшительно-ласкательное «птюшка» образовалось от общеславянского «пътъка» (птица) через закономерное смягчение согласных. Прозвище Птюшка могли дать человеку маленького роста, вертлявому, с тонким голосом или просто любителю птиц. В некоторых говорах слово имело ироничный оттенок — так называли несерьёзного, суетливого человека.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Птюшкины — буквально «дети Птюшки». Это типичная модель русских фамилий от прозвищ, оканчивающихся на -а/-я. Форма множественного числа (Птюшкины) встречается реже единственного (Птюшкин) и характерна для фамилий, которые закрепились в крестьянской среде как родовое имя всей семьи.

У фамилии есть любопытная особенность: она почти не встречается в центральных губерниях России. Основной ареал — Вологодская и Архангельская области, где «птюшка» как диалектное слово было в ходу до XX века. В переписях XIX века Птюшкины значатся преимущественно как государственные крестьяне, а не дворовые или помещичьи — это косвенно подтверждает, что прозвище давали по бытовой черте, а не по социальному статусу.

Вариант с одной «ш» (Птюшкин) встречается в документах реже, но лингвистически он более точен: исходное «птюшка» даёт суффикс -ин без удвоения. Двойное «ш» в написании могло появиться под влиянием фамилий на -ский или просто как описка в метрических книгах. Однокоренные фамилии — Птицын, Пташкин, Пташников — образованы от литературных форм, тогда как Птюшкины сохранили именно диалектный, народный вариант названия птицы.