Фамилия Томилка — яркий пример того, как в русской ономастике закрепилось прозвище, образованное от глагола. Её основа — глагол «томить» в значении «мучить, изнурять, держать в неволе, заставлять томиться». Прозвище Томилка могли дать человеку с тяжёлым, навязчивым характером, который «томил» окружающих своими придирками и нравоучениями. Вторая возможная версия — так могли прозвать медлительного, вялого человека, который сам «томился» и заставлял других ждать.

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: от глагольной основы «томи-» с помощью суффикса «-лк-» образовано имя-прозвище. Суффикс «-лк(а)» в русских прозвищах и фамилиях встречается реже, чем «-к(а)» или «-ок», но он характерен именно для отглагольных образований (ср. «копилка», «грелка»). В антропонимике такой суффикс придаёт прозвищу оттенок орудия или предмета действия, но в случае с человеком он указывает на носителя признака, связанного с действием.

Фамилия Томилка могла закрепиться в южнорусских и украинских говорах, где суффикс «-лк(а)» в прозвищах встречается чаще. В письменных источниках XVI–XVII веков встречаются прозвища Томило, Томила, Томилка — все они имеют общий корень и указывают на одну и ту же модель образования. Фамилия Томилка — это, скорее всего, украинизированная форма от русского Томилов, то есть прозвище перешло в фамилию без типичного русского суффикса «-ов».

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает разницу в социальном контексте. Фамилия Томилов — типичная дворянская или купеческая (с патронимическим суффиксом), а Томилка — фамилия крестьянская или казацкая, где прозвище не стали «облагороживать» суффиксом. Это говорит о том, что предки носителя фамилии Томилка, вероятно, были из простых сословий — крестьян, ремесленников или казаков, где прозвища передавались напрямую, без переоформления в отчество.

Встречаемость фамилии невысокая, она распространена локально, преимущественно на территории современной Украины и в южных областях России. В дореволюционных метрических книгах Томилки встречаются в Харьковской, Полтавской и Екатеринославской губерниях.