Фамилия Вельмискины образована от личного имени или прозвища Вельмиска. Это редкий случай, когда исходное слово не имеет однозначного толкования, и ономасты обычно называют две версии.

Первая версия связывает имя Вельмиска с диалектным «вельма» — ведьма. Уменьшительно-ласкательный суффикс -к- в таком имени мог смягчать нежелательный смысл. В славянской традиции ведьма — не просто злая колдунья, а мифологический персонаж, которому приписывали власть над стихиями: насылать град, ураганы, пожары, а также управлять человеческими чувствами через привороты. Родители могли намеренно дать сыну имя Вельмиска как оберег: считалось, что страшное имя отпугнёт злые силы и, наоборот, обеспечит ребёнку здоровье и красоту.

Вторая версия более прозаична. В основе лежит наречие «вельми» — «весьма, очень, премного», распространённое в древнерусском и церковнославянском языках. В этом случае Вельмиска — прозвище человека, которого за что-то называли «очень большим», «весьма сильным» или просто выделяли по какому-то качеству, добавляя усилительную частицу.

По словообразовательной модели фамилия Вельмискин — типичная русская «патронимическая» фамилия на -ин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — «Вельмискин», то есть сын, потомок Вельмиски. Такие фамилии чаще возникали в северных и центральных регионах России, где -ин был основным патронимическим суффиксом, в отличие от южных областей, где преобладал -ов/-ев. Фамилия Вельмискин — редкий памятник народной ономастики, в котором переплелись языческая охранительная традиция и живая диалектная лексика.