Фамилия Затылкин образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от прозвища с помощью патронимического суффикса -ин, указывающего на принадлежность («чей?» — сын Затылки). Основа прозвища неоднозначна, и ономасты обычно предлагают два основных объяснения.

Первая версия связывает прозвище с военным делом. Слово «затыл» или «затылье» в старину означало тыл, заднюю часть войска. Соответственно, прозвище Затылка могли дать воину, который служил в запасных (затыльных) полках или находился в резерве, то есть «за тылом» основных сил. Такое прозвище было понятным и функциональным в среде служилых людей.

Вторая версия более прозрачна и бытовала шире: прозвище Затылок (или уменьшительное Затылка) происходит от названия задней части головы. Так могли прозвать человека с заметной особенностью строения — например, с сильно выдающимся назад затылком. Прозвища по внешним приметам давали часто и охотно, они легко закреплялись и нередко вытесняли крестильное имя в быту.

Обратите внимание на суффикс. Форма Затылкин, а не Затылков, указывает, что исходное прозвище оканчивалось на -а (Затылка) или было мужского рода с основой на твёрдый согласный (Затылок, но в косвенных падежах — Затылка). Суффикс -ин типичен для фамилий, образованных от слов женского рода или от личных имён на -а/-я, что делает версию с прозвищем Затылка более вероятной в словообразовательном смысле.

Среди однокоренных фамилий — Затылов, Затыльников, Затыльный. Все они редки и имеют ту же корневую основу «тыл», что указывает на локальный или профессиональный характер прозвища. География фамилии Затылкин неширокая: отдельные носители встречаются в центральных и южных областях России, но массового распространения она не получила.