Фамилия Толстолыченко — характерный пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели на -енко. В основе лежит прозвище Толстолык, которое, в свою очередь, состоит из двух корней: «толст-» и «-лык-» (от «лыко», «лычина»). В старину «лыком» называли не только кору липы, из которой плели лапти, но и вообще грубый, необработанный материал, а также — в переносном смысле — толстую, неуклюжую или неотесанную часть тела.

Прозвище Толстолык могли дать человеку с крупной, мясистой шеей (затылок, «лытка»), либо с грубыми, толстыми губами. В украинских говорах слово «лико» (лыко) иногда означало и щеку, так что Толстолыком могли назвать и пухлощекого, полнолицего человека. Таким образом, фамилия — не про толщину как таковую, а про конкретную, заметную черту внешности: массивную шею или щеки.

Суффикс -енко в украинской ономастике — типичный патронимический (сыновний) показатель. Толстолыченко буквально означает «сын Толстолыка» или «потомок Толстолыка». Фамилия распространена преимущественно на востоке и юге Украины, а также в смежных областях России, куда переселялись украинские крестьяне и казаки. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые закрепились за крепостными, украинские фамилии на -енко часто носили казаки, мещане и свободные хлеборобы.

Редкость фамилии в том, что она сохранила архаичную основу «лык» в прозвищной форме. Сравните с более частыми Толстоносов, Толстопятов — там корни прозрачнее. А «лык» сегодня почти не используется в бытовой речи, и точное значение прозвища уже не бросается в глаза. Поэтому носитель фамилии Толстолыченко может с уверенностью сказать: его предок выделялся не просто комплекцией, а какой-то одной, очень заметной чертой — шеей или щеками, которые в народе метко сравнили с лыком.