Фамилия Тюхалкин — яркий пример того, как прозвище, данное по действию или манере поведения, закрепилось в роду и превратилось в наследственное имя. Её основа — глагол «тюхать», который в русских говорах имеет несколько значений, и все они связаны с неспешностью, неловкостью или монотонной работой. Человека, которого называли Тюхалка, могли так прозвать за медлительность, вялость или за привычку делать что-то не торопясь, «тюх-тюх» — звукоподражательное слово, передающее шаги или стук. В некоторых диалектах «тюхать» означало также «стучать, колотить», так что прозвище могло относиться к плотнику или сапожнику, который постоянно постукивает инструментом.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Тюхалкин — это «сын Тюхалки», то есть потомок человека с таким прозвищем. По словообразовательной модели фамилия близка к более известным Тюхтину или Тюханову, но её отличает редкий суффикс -алк-, который в русских прозвищах встречается нечасто и обычно придаёт оттенок действия или орудия (ср. «моталка», «веялка»). Это делает фамилию диалектно окрашенной и локальной.

Географически фамилия Тюхалкин тяготеет к северным и центральным областям России — Архангельской, Вологодской, Костромской, а также встречается в Поволжье. В этих краях звукоподражательная лексика особенно развита, и прозвища по характеру или роду занятий были обычным делом. Сословно носители фамилии, скорее всего, относились к крестьянам или ремесленникам: в дворянских родословных книгах Тюхалкины не зафиксированы, что типично для прозвищных фамилий, образованных от бытовых глаголов.

Есть и более редкая версия: в некоторых говорах «тюхать» означало «нюхать», и тогда прозвище могло относиться к человеку с острым обонянием или к тому, кто постоянно что-то вынюхивал. Однако эта гипотеза менее убедительна, так как основная масса диалектных значений глагола связана именно с действием — медленным или стучащим. В любом случае, фамилия Тюхалкин не имеет отношения к тюркским или финно-угорским корням, как иногда предполагают из-за созвучия с «тюх»; это исконно русское образование от живого диалектного слова.