Фамилия Сычалина — женская форма, а её мужской вариант — Сычалин. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Сыч. В русской ономастике это довольно прозрачный случай: филин и сыч — птицы, которые в народной культуре устойчиво ассоциировались с нелюдимостью, угрюмостью, ночным образом жизни. Прозвище Сыч могли дать человеку с соответствующим характером: молчаливому, необщительному, любящему одиночество. При этом в некоторых говорах «сычом» называли человека, который постоянно хмурится или не высыпается, что тоже могло стать причиной прозвища.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе на шипящий (Сыч) добавляется суффикс -алин, что встречается реже, чем обычные -ов или -ин. Сравните с фамилиями Сычёв (от той же основы, но с другим суффиксом) или Сычихин (от женского прозвища Сычиха). Вариант Сычалин мог появиться в результате адаптации прозвища через отчество: «чей будешь?» — «Сычалин», то есть сын Сычали. Само имя Сычаля — это уменьшительно-ласкательная или просторечная форма от Сыч, характерная для северных и центральных говоров. Встречаются и фамилии Сычалов, Сычаловский, но Сычалин — более редкий вариант, что может указывать на локальное бытование, возможно, в регионах Вологодчины или Костромской области, где суффикс -алин встречается чаще.

Исследователь русских фамилий Б. Унбегаун в своём словаре относит подобные образования к группе «полуотчеств», где основа прозвища приобретала дополнительный суффикс перед окончанием. Споров по корню почти нет: версия с птицей — основная и общепринятая. Гипотеза о связи с глаголом «сычать» (издавать глухой звук) или с диалектным «сыч» в значении «сосунок» маловероятна и не подтверждается распространённостью фамилии.

Сословно носители фамилии Сычалин, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми — прозвища из мира животных в дворянской среде почти не встречались. В архивных записях XIX века фамилия фиксируется в основном в центральных и северных губерниях, но массового распространения не получила.