Фамилия Трейтьяк — редкий случай в русском ономастиконе. Её происхождение почти наверняка не русское, а скорее всего, западнославянское или балтийское. В основе лежит числительное «третий» (ср. польское trzeci, украинское третій, белорусское трэці). Суффикс -як (или -ак) в славянских фамилиях часто указывал на принадлежность или характерный признак: он мог обозначать сына, жителя местности или человека, связанного с чем-то. Таким образом, Трейтьяк — это «третий», «третьяк». В польской и украинской традиции «Третяк» — распространённое прозвище для третьего ребёнка в семье, аналог русского «Третьяк». Фамилии Третьяк и Третьяков хорошо известны, но форма Трейтьяк с дифтонгом «ей» выбивается из ряда.

Ключевая особенность — написание через «ей». В русских говорах и в украинском языке «третий» звучит как «третій», без «й» в корне. Сочетание «трей» характерно для польского (trzeci произносится как «тшечи», но в заимствованиях могло передаваться как «трей») или, что более вероятно, для белорусского языка с его аканьем и особенностями передачи звуков. В белорусском слово «трэці» (третий) в некоторых диалектах или при адаптации фамилии на письме могло дать форму «Трэйцяк», где «й» — след мягкого произношения. В итоге в русских документах фамилия закрепилась как Трейтьяк.

Вторая версия, менее вероятная, — связь с литовским или латышским языками. В литовском trečias («третий») и trečiokas («третьеклассник», «третьегодник») могли дать фамилию Trečiokas, которая при русификации превратилась в Трейтьяк. Однако для такой адаптации потребовалось бы сильное искажение, поэтому версия с белорусским или польским источником выглядит убедительнее.

Географически фамилия Трейтьяк встречается крайне редко. Основные очаги — западные регионы России (Брянская, Смоленская области, граничащие с Беларусью) и сама Беларусь. Встречается также в украинском Полесье. Сословно предки носителя фамилии, скорее всего, были крестьянами или мещанами, получившими прозвище по порядку рождения. Никаких дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Единственное, что можно сказать с уверенностью: это не переделка фамилии Третьяк, а самостоятельная форма, сохранившая более древнее или диалектное звучание основы.