Фамилия Тюльченко — яркий пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели на -енко. Суффикс -енко в украинской ономастике означает «маленький», «сын» или «потомок» и исторически был характерен для Поднепровья, Левобережной и Слободской Украины. Тюльченко буквально значит «сын Тюльки» или «потомок человека по прозвищу Тюлька».

Основа фамилии — прозвище Тюлька. В русских и украинских говорах «тюлька» — это мелкая рыба семейства сельдевых (черноморско-азовская килька). Прозвище могли дать невысокому, худощавому или юркому человеку — по аналогии с размером и подвижностью рыбы. Но есть и другая, менее очевидная версия: «тюлька» в диалектах могла означать нечто мягкое, рыхлое или бесформенное (сравните с «тюля» — мешок, куль). В этом случае прозвище относилось к человеку медлительному или полному.

Интересно, что фамилия Тюльченко не упоминается в классических словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна), что подтверждает её сугубо украинское происхождение и относительно позднее оформление — скорее всего, в XVII–XVIII веках. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые часто фиксировали помещики в переписях, фамилии на -енко долго оставались «народными», передаваясь в устной форме.

Географически фамилия тяготеет к южным и центральным областям Украины — Запорожской, Днепропетровской, Херсонской, где рыбный промысел был распространён. В России Тюльченко встречается реже и обычно как следствие миграций, особенно в Краснодарском крае и Ростовской области.

Мужская форма фамилии не склоняется (Иван Тюльченко), женская — тоже (Анна Тюльченко), что типично для фамилий на -енко. Ударение, скорее всего, на первый слог: Тю́льченко, хотя в разговорной речи встречается и вариант с ударением на второй слог (Тюльче́нко) — это влияние общего акцента на суффикс в украинских фамилиях.