Фамилия Амелай выделяется на фоне привычных русских фамилий отсутствием суффиксов -ов, -ев, -ин или -ский. Это первый сигнал, что перед нами не исконно славянская фамилия, а заимствованная или адаптированная. Скорее всего, её корни уходят в тюркскую или кавказскую среду. Основа «амел» или «амела» в некоторых тюркских языках может означать «надежда», «опора», а также быть вариантом личного имени. В ряде языков есть слово «амал» — «дело», «труд». Аффикс -ай, характерный для тюркских прозвищ и имён (сравните: Атабай, Кудай), превращает основу в форму, близкую к прозвищу со значением «деятельный», «работящий». Мужская форма фамилии на -ай не склоняется по падежам, что типично для русской ономастики при заимствовании таких моделей.

Есть и другая, менее вероятная версия. Фамилия могла возникнуть как русифицированная форма грузинской или армянской фамилии, где основа «амел» в некоторых диалектах связана с понятием «яблоко». Однако для русского слуха такое звучание нехарактерно. Носители фамилии, скорее всего, имеют предков из регионов Северного Кавказа или Закавказья, переселившихся в центральную Россию в XIX–XX веках. Точных данных о сословной принадлежности нет, но в метрических книгах XIX века фамилия почти не встречается — это говорит о её позднем оформлении или крайней малочисленности рода.