Фамилия Самотолкин — яркий пример того, как прозвище, данное по действию или поведению, закрепилось в родовом имени. В её основе лежит глагол «толочь» — дробить, размельчать, мять. Приставка «само-» указывает на то, что действие совершалось лицом самостоятельно, без посторонней помощи. Таким образом, Самотолка могли прозвать человека, который всё делал сам, без помощников, или же того, кто работал в одиночку, например, на ручной мельнице.

Словообразовательная модель фамилии типична для восточнославянской ономастики: прозвище Самотолка (или Самотолок) плюс притяжательный суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — Самотолкин). Это значит, что предком носителя фамилии был человек по прозвищу Самотолка. Интересно, что в русских говорах слово «толк» нередко означало «смысл, прок», и тогда «самотолка» могло приобрести ироничный оттенок — человек, действующий по-своему, без учёта чужих советов.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще образовывались от мирских имён, фамилия Самотолкин — продукт прозвищной традиции, где на первый план выходила характеристика человека. Родственных фамилий немного: Толкачёв, Толстиков — но они образованы от других основ. Географически фамилия редкая, не имеет ярко выраженного ареала, что говорит о её локальном происхождении, возможно, в среде крестьянского или ремесленного населения центральной России.

Версия о происхождении от тюркского корня (например, «самат» — вечный) маловероятна, так как русская приставка «само-» и суффикс -ин однозначно указывают на славянскую основу. Таким образом, Самотолкин — фамилия, прямо рассказывающая о характере или занятии предка: сам себе хозяин, сам себе и работник.