Фамилия Толстейко — редкий случай, когда прозвище, образованное от прилагательного, сохранило в основе сравнительную степень. В её основе лежит слово «толстый», но не в начальной форме, а в сравнительной: «толстее» (то есть «более толстый»). Такая модель встречается в украинских и белорусских фамилиях гораздо чаще, чем в великорусских, и сразу указывает на западнорусское или южнорусское происхождение рода.

Суффикс «-ко» — типичный для украинской и белорусской ономастики уменьшительно-ласкательный или, в данном случае, фамильный формант. Он выполняет ту же роль, что и русские «-ов»/«-ев»: превращает прозвище в наследственное имя. Таким образом, Толстейко — это буквально «тот, кто толстее», то есть «потомок человека, которого дразнили Толстеем».

Прозвище Толстей могло быть не только прямой характеристикой телосложения. В диалектах и в старину «толстый» нередко означало «богатый», «зажиточный», «обильный» (отсюда «толстый кошель»). Поэтому Толстеем могли назвать не обязательно полного человека, а скорее состоятельного крестьянина или купца, у которого «толсто» в хозяйстве. Параллель — фамилия Толстой, где значение также не сводится к полноте.

Фамилия не принадлежит к числу распространённых. Её основные очаги — западные области Украины (Волынь, Подолье) и юго-восток Беларуси (Гомельская, Брестская области). В России она встречается редко, в основном как след переселенцев с Украины. По сословной принадлежности предки Толстейко, скорее всего, были крестьянами или мещанами: дворянские фамилии в этой части Европы редко образовывались от сравнительной степени прилагательного.

В написании фамилии возможны варианты: Толстейко и Толсте́йко. Ударение, судя по украинской традиции, обычно падает на второй слог — Толсте́йко, хотя в русской среде его нередко смещают на последний слог по аналогии с фамилиями на «-ко».