Фамилия Тонколитко — редкий случай, когда прозвище не скрылось за стандартными суффиксами, а почти целиком перешло в фамилию. Её основа — украинское или южнорусское прозвище Тонколитко. В нём два корня: «тонк-» (тонкий) и «-лит-» (от глагола «лить», «лиття»). Буквально — «тот, кто льёт тонко». Скорее всего, так называли мастера литейного дела, который умел отливать изделия с тонкими стенками — украшения, пули, детали утвари. В ремёслах, где каждый грамм металла на счету, умение лить тонко ценилось высоко, и прозвище было почётным.

Суффикс -к- в середине слова (Тонколит-к-о) — типичный для украинских и польских уменьшительно-ласкательных или оценочных форм. Окончание -о указывает на принадлежность к западной или центральной Украине, а также к южнорусским говорам, где фамилии на -о распространены (как Головко, Шевченко). Полная форма без стяжения — Тонколитко, а не Тонколейко, что исключает версию про «литьё колёс» или другие ремесла.

Географически фамилия привязана к Черниговщине, Полтавщине и смежным районам России. В дореволюционных метрических книгах Тонколитко встречаются в основном среди казаков и мещан Черниговской губернии. Дворянской эта фамилия не была — слишком «ремесленная» основа, да и суффикс -ко чаще встречается у непривилегированных сословий.

В написании возможны варианты: Тонколитка (под влиянием белорусского или польского произношения), Тонколейко (ошибочное, от «лейка»), но исторически верная форма — именно Тонколитко. В XX веке, при паспортизации, некоторые носители могли сменить окончание на -ов, но большинство сохранили исходную фамилию.

Сравните с однокоренными фамилиями: Литко, Литвиненко (от «лить»), Тонких, Тонконог. Тонколитко стоит особняком — она не потеряла второго корня и не превратилась в абстрактное Тонков или Литков. Прозвище сохранилось почти без изменений, и сегодня оно прямо говорит о деле предка: он лил, и лил тонко.