Фамилия Самотуг — редкий пример русской фамилии, образованной не от имени или профессии, а от прозвища, описывающего человеческий характер. В её основе лежит усечённое прилагательное «самотужный» или наречие «самотугом». В русских говорах «самотугом» значило «с большим трудом, натужно, из последних сил». Соответственно, Самотуг — прозвище человека упрямого, настырного, того, кто берётся за дело с натугой, но доводит его до конца, или, напротив, того, кто живёт тяжело, «самотугом» добывая хлеб.

Фамилия построена по редкой для русских фамилий модели — чистая основа без суффикса. Обычно такие фамилии (Толстый, Голый, Молчун) фиксировались в документах в форме прозвища, а позже передавались по наследству без изменений. Суффикс отсутствует, потому что основа заканчивается на звонкий согласный, и язык не требовал дополнительного оформления. Это отличает Самотуга от более частых «Самотугин» или «Самотугов» — таких вариантов в исторических записях почти не встречается, что подтверждает редкость и архаичность исходной формы.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России — Архангельской, Вологодской, Костромской губерниям. Именно там в диалектах бытовало слово «самотуг» в значении «натуга, усилие» и глагол «самотужиться» — «напрягаться, стараться изо всех сил». В южных говорах эта лексика почти не зафиксирована, что позволяет с высокой вероятностью отнести происхождение носителей к севернорусскому крестьянству.

В сословном отношении Самотуги, скорее всего, были государственными или помещичьими крестьянами. Фамилия не даёт оснований предполагать дворянское происхождение: в родословных книгах и боярских списках она не отмечена. Это «низовая» фамилия, возникшая в среде, где прозвища давали по житейским наблюдениям — за манеру работать или за тяжёлую долю.

Стоит упомянуть и более прозаическую версию: в некоторых говорах «самотугом» называли не только человека, но и плохо скрученную верёвку или слабый жгут. Если прозвище пошло от этого значения, то Самотугом могли прозвать мастера, который делал некачественные изделия из лыка или пеньки. Однако эта гипотеза менее убедительна: перенос названия предмета на человека встречается реже, чем прозвище по характеру, а в диалектных словарях именно человеческое качество стоит на первом месте.