Фамилия Вертелкин образована от прозвища Вертелка. В русских говорах «вертелкой» называли непоседливого, беспокойного человека, который постоянно крутится, вертится, не может усидеть на месте. Слово происходит от глагола «вертеть», и в основу фамилии легла именно характеристика поведения, а не предмет. Важно отличать: «вертелка» — это не уменьшительное от «вертел» (прут для жарки мяса), а самостоятельное прозвище со значением «егоза», «непоседа». В словаре В. И. Даля зафиксировано: «вертелка» — «резвая, вертлявая женщина, девка», но в прозвищах это слово могли давать и мужчинам, и детям.

Суффикс -ин указывает на модель образования от основ на -а/-я. По этой модели фамилии получали от прозвищ, оканчивающихся на гласный: Вертелка → Вертелкин, то есть «сын или потомок Вертелки». Такие фамилии типичны для северных и центральных регионов России. Однокоренные фамилии — Вертелов, Вертячих, Вертунов — тоже связаны с той же семантикой движения, но различаются суффиксами и диалектными формами.

Географически фамилия Вертелкин встречается преимущественно в Поволжье и на Урале, что подтверждается данными переписей XIX — начала XX века. Например, в метрических книгах Казанской и Вятской губерний фиксируются крестьяне и мещане с этой фамилией. Сословная принадлежность — почти исключительно крестьянская и мещанская; дворянских родов Вертелкиных не зафиксировано. Фамилия не относится к числу частых, но стабильно встречается в документах с XVIII века.

Дополнительная деталь: в некоторых местных говорах слово «вертелка» могло обозначать не только человека, но и часть прялки, веретено или деталь ткацкого станка. Однако для фамилии эта версия менее вероятна — прозвища по инструментам обычно образовывались через суффикс -щик или -ник (Вертельщик, Веретенников), а Вертелкин явно указывает на личную характеристику. Таким образом, фамилия — яркий пример того, как русская ономастика закрепила в родовом имени живую черту характера предка.