Фамилия Айталиев — одна из тех, где корень не сразу бросается в глаза русскому уху. Если отбросить тюркский фамильный суффикс -ев (который в русской среде прижился как аналог окончания «чей, из рода кого»), остаётся основа «Айтали». Это сложное имя, распространённое у многих тюркоязычных народов — от казахов и киргизов до башкир и татар.

Разложим имя на части. Первая часть — «Ай». В тюркских языках это не только «луна», но и «красивый, светлый, счастливый» (сравните с башкирским именем Айгуль — «лунный цветок»). Вторая часть — «тали». Здесь возможны два толкования. Первое: от арабского «тали» (طالع) — «восходящий, удачливый, счастливая судьба». Второе: от тюркского «талы» — «ива, ветла», но это значение встречается реже в личных именах. Таким образом, самое вероятное значение имени Айтали — «счастливая луна» или «красивая удача». Встречается также вариант написания Айталы, где ударение смещается на последний слог.

Фамилия Айталиев — патронимическая, то есть образована от имени отца. Первым носителем, скорее всего, был человек по имени Айтали (или Айталы), а его дети и внуки стали Айталиевыми. Такая модель типична для рубежа XIX–XX веков, когда у кочевых народов начали массово закреплять фамилии по русскому образцу. Следовательно, предки современных Айталиевых жили в степных или предгорных районах, занимались скотоводством или земледелием, и не принадлежали к высшей аристократии — скорее к родовой знати или зажиточным крестьянам.

Географически фамилия тяготеет к северному Казахстану, Оренбуржью и Башкортостану. Встречается она редко, что неудивительно: имя Айтали не так популярно, как, скажем, Айдар или Айрат. Из-за редкости фамилию иногда путают с более известной Айталиевой (женский вариант) или записывают через «о» — Айталиёв, хотя это грамматическая ошибка.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Айталинов, Айталиевский) показывает, что вариант на -ев — самый распространённый и закрепился именно в русскоязычной документации. В самой фамилии нет суффикса принадлежности -ов-, как в русских фамилиях (Иванов), потому что основа уже была личным именем, к которому просто добавили окончание фамилии.