Фамилия Тюлюлюхин — редкий случай в русской ономастике, когда в основе лежит не слово, а звук. Её ядро — звукоподражательное «тюлюлю» или «тю-лю-лю», которое в народной речи передавало либо пение птицы (например, иволги или жаворонка), либо напевный, почти свистовой окрик, которым перекликались в лесу или подзывали животных. В некоторых говорах «тюлюлюкать» означало «напевать вполголоса, мурлыкать мелодию». Таким образом, первый носитель фамилии — человек, получивший прозвище Тюлюлюха за манеру говорить нараспев, насвистывать или издавать характерные гортанные звуки.

Модель образования проста: к основе Тюлюлюх- добавили патронимический суффикс -ин, характерный для фамилий, образованных от прозвищ или имён, оканчивающихся на -а/-я (Тюлюлюха → Тюлюлюхин). Суффикс -ин указывает на принадлежность: «сын Тюлюлюхи». В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще давали по профессиям или отчествам от имён на твёрдый согласный, -ин здесь подчёркивает прозвищное, а не календарное происхождение.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям — Курской, Орловской, Тамбовской, Воронежской губерниям, где диалектная лексика богата звукоподражательными и междометными корнями. Именно в этих краях слово «тюлюлюкать» фиксируется в этнографических записях XIX века как бытовой глагол. Встречается фамилия и в смежных с Украиной регионах, где схожий корень мог быть заимствован из малороссийских говоров.

С точки зрения сословной принадлежности Тюлюлюхины — почти наверняка крестьянская фамилия. Прозвища на -уха, -юха в русской деревне давали людям с заметной внешностью или повадкой: Тюлюлюха — «напевающий», «свистун», «говорун». В ревизских сказках и метрических книгах такие фамилии редко поднимались выше мещанского или однодворческого сословия. Дворянских родов с этой фамилией не зафиксировано — ни в «Бархатной книге», ни в родословных сборниках.

Особенность написания — удвоенное «ю» в начале (Тюлюлюхин, а не Тюлюхин или Тюлюхин) — сохраняет ритмический рисунок исходного междометия. Если бы корень сократился до «Тюлюх», фамилия звучала бы иначе и могла бы пересечься с тюркскими основами (ср. Тюлюбаев, Тюлюгенов), но здесь славянская звукоподражательная природа не вызывает сомнений.

У фамилии есть несколько редких вариантов в документах — Тюлюлюкин, Тюлюлюхинский (последний, вероятно, поздний, от названия хутора). Но основная форма устойчива: она не перешла в -ов, не обрусела через -ский, а осталась в том виде, в каком её записали в XVIII–XIX веках при первой паспортизации крестьян. Сегодня Тюлюлюхины — единичные носители, рассеянные в основном по Центральному Черноземью и югу России.