Вопреки обычному мнению, прямая основа фамилии не имя Михаил; в этом случае могло быть только Михаилов (такая фамилия есть у болгар, но очень редкая — Ст. Илчев). Полная форма этого имени даже в XVIII в. (царь Михаил Романов) оставалась достоянием только церкви и торжественных документов, а повседневно употребляли формы Михайла и Михайло, из них — отчества в краткой форме притяжательных прилагательных михайлин и михайлов (как и Самойлов, Измайлов, а не Самуилов, Измаилов), которые затем закрепились в роли фамилий. В массе народа так оставалось и в XIX в., когда полная форма имени восторжествовала у образованного меньшинства, но оно к тому времени уже имело фамилии. Поэтому полная форма в фамилиях не отразилась. Так как имя в XVII-XIX вв. было одним из самых частых, то фамилия заняла одно из первых мест; по подсчетам Б. Унбегауна, она в Петербурге в 1910 г. занимала пятое место, уступая только Иванову, Васильеву, Петрову и Смирнову.
Обилие суффиксов русского языка позволило образовать от имени десятки производных форм (с различными эмоциональными оттенками или нейтральных), отчества от которых стали самостоятельными фамилиями: кроме Михайлов и Михайлин также Михаев, Михалев, Михалин, Михалищев, Михалкин, Михалков, Миханкин, Миханькин, Мишагин, Мишакин, Мишаков, Мишанин, Мишенин (не от мишень!), Мишечкин, Мишин, Мишкин, Мишукин, Мишаков, Мишулин, Мишунин, Мишунькин, Мишурин (не от мишура!), Мишуров, Мишутин, Мишуткин, Мишуточкин, Мишухин и др.; может быть, от того же имени и фамилия Михлины (в с. Ключи Камешкирского р-на Пензен. обл.). Производные следующих ступеней — Михалычев (отчество от отчества), Михайловский (из топонима Михайлово). В украинском языке: Михно, Михненко, Михайлик, Михаленко, Михнюк, Мищенко, Мишук и др.; у белорусов Н. В. Бирило насчитал 88 фамилий из производных форм от этого имени; немецкое Михельсон, французское Мишель.