Фамилия Тыхитдинов — редкий случай, когда основа почти не поддаётся привычной славянской этимологии. Если отбросить русский суффикс -ов, который просто указывает на принадлежность («чей?»), остаётся корень Тыхитдин-. Он явно восходит к тюркскому или арабо-тюркскому личному имени. Наиболее вероятная версия: имя Тыхитдин — это диалектный или искажённый вариант имени Тахир (или Тагир) в сочетании с компонентом -дин (от арабского «дин» — вера, религия). То есть первоначально имя могло звучать как Тахирдин или Тагирдин — «чистый в вере» или «преданный вере». Звук «х» вместо «г» или «к» характерен для некоторых тюркских говоров (особенно татарских и башкирских), где происходит оглушение или замена смычных согласных.

Суффикс -ов в конце — типичный русский патронимический формант. Фамилию Тыхитдинов получили потомки человека по имени Тыхитдин. Поскольку имя мусульманское, носители фамилии — почти наверняка выходцы из татарской, башкирской или, реже, казахской среды, принявшие русскую модель фамилии в XIX — начале XX века. Географически фамилия встречается в Поволжье (Татарстан, Башкортостан) и на Урале, но распространена крайне мало — это штучная, редкая фамилия, что делает её ценной для локальной генеалогии.

Вторая, менее правдоподобная версия — связь с тюркским корнем «тых» (плотный, крепкий) или «тык» (тишина, спокойствие), но тогда форма была бы иной (например, Тыков или Тыкин). Компонент -итдин в таком случае необъясним. Поэтому версия с арабским именем Тахирдин остаётся основной. Социальный состав предков — скорее всего, крестьяне или сельские ремесленники, так как фамилия не дворянская и не купеческая, а образована от личного имени без указания на профессию или сословие.