Фамилия Пятышкин образована по продуктивной русской модели: основа + суффикс -ин. Суффикс указывает на принадлежность: Пятышкин — сын Пятышки. А вот основа «Пятышка» требует разбора.

Самая вероятная версия — прозвище Пятышка происходит от слова «пята» (пятка). В говорах «пятыш» или «пятышка» могли называть человека с особенностями походки, того, кто ходит, наступая на пятки, или, наоборот, того, кто часто пятки показывал (убегал). Прозвище могло быть шутливым или насмешливым, но не обязательно обидным: в русской деревне такие «анатомические» прозвища давали без злого умысла.

Вторая, менее распространённая версия связывает фамилию с числительным «пять». В этом случае Пятышка — уменьшительная форма от имени Пятой (Пятый). В дохристианской Руси детей часто называли по порядку рождения: Перва, Втора, Третьяк, Четвертак, Пятак. От «Пятак» с помощью суффикса -ышк- образовалось бы «Пятыш» или «Пятышка». Однако форма «Пятышка» для порядкового имени нехарактерна, а вот прозвище от «пяты» встречается в исторических документах чаще.

Фамилия редкая. Её география не привязана к одной области, но чаще встречается в центральных и южных регионах России. Интересно, что однокоренные фамилии — Пятин, Пяткин, Пятаков — образованы от тех же основ, но с разными суффиксами. Пятышкин выделяется именно редким суффиксом -ышк-, который обычно встречается в ласкательных или уменьшительных формах (например, «солнышко», «пёрышко»). Это придаёт фамилии оттенок «домашности»: предок был не просто Пята, а Пятышка — возможно, младший или низкорослый.

Точных данных о сословной принадлежности носителей фамилии нет, но суффикс -ин и прозвищная основа характерны для крестьянской и мещанской среды. Пятышкины, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, получившими фамилию по уличному прозвищу предка.