Фамилия Пупкалин — редкий случай, когда за основу взято не имя, не профессия, а телесная деталь, причём в уменьшительно-ласкательной форме. Корень здесь — «пупок», то есть маленький пуп. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Пупкалин, то есть сын или потомок человека по прозвищу Пупкаля. Само прозвище Пупкаля, скорее всего, дали либо человеку с заметным, выпуклым пупком, либо, в переносном смысле, тому, кого считали «пупом земли» — центром внимания, важной, но не всегда уместно важной персоной. В русских говорах слово «пупка» могло означать и нечто круглое, выпуклое, так что прозвище могло относиться к внешности в целом.

Модель образования типична для северных и центральных областей России, где фамилии на -ин от прозвищ, оканчивающихся на -а/-я, особенно распространены. В отличие от фамилий на -ов, которые чаще встречаются на юге и востоке, Пупкалин — маркер определённой диалектной зоны. Если сравнить с однокоренными Пупковым или Пупановым, то Пупкалин — более «личная», уменьшительная форма, что может говорить о бытовом, внутрисемейном происхождении прозвища. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» разбираются модели на -ин от прозвищ с суффиксом -к-, и Пупкалин вписывается в этот ряд.

Второй, менее вероятный вариант — связь с глаголом «пупкать» (бормотать, ворчать) или с диалектным «пупка» (бутон, почка). Но тогда фамилия относилась бы к говоруну или к тому, кто занимался садоводством. Однако первая версия — от части тела — проще и логичнее: такие прозвища давали без затей, по самому заметному признаку. Географически фамилия встречается точечно, преимущественно в Вологодской и Кировской областях, что подтверждает её северное происхождение. В дворянские или купеческие роды Пупкалины не входили — это фамилия крестьянская или мещанская, возникшая, скорее всего, не раньше XVII века, когда прозвища начали закрепляться за семьями.