Фамилия Айталиева — яркий пример тюркского наследия в русском ономастиконе. Её основа восходит к мужскому имени Айтали, которое распространено у многих тюркоязычных народов: казахов, киргизов, башкир, татар. Имя это составное. Первая часть «ай» означает «луна» — один из ключевых и древних образов в тюркской космогонии, символ красоты, света и божественного покровительства. Вторая часть «тали» может восходить к арабскому «талиб» (ищущий знания, ученик) или к тюркскому глаголу со значением «просить, желать». Таким образом, имя Айтали часто толкуют как «луноподобный», «светлый, как луна» или «просящий луну» (то есть долгожданный, желанный ребёнок).

Фамилия образована по классической для русского языка модели: к основе мужского имени Айтали добавлен суффикс принадлежности -ев, а затем женское окончание -а. Суффикс -ев (а не -ов) появляется, когда основа имени заканчивается на мягкий согласный или на -ий/-и. В данном случае конечный звук [и] в имени Айтали обусловил именно такой вариант суффикса. Форма Айталиева — это женский вариант фамилии, указывающий на принадлежность к роду человека по имени Айтали.

С точки зрения сословной истории, фамилии на -ев/-ов в тюркской среде фиксировались в основном в XIX — начале XX века, когда шла массовая паспортизация и русификация имён. Предок-носитель имени Айтали мог быть кем угодно: от зажиточного скотовода до сельского муллы или ремесленника. Географически фамилия наиболее типична для регионов с компактным проживанием тюркских народов: Казахстана, Киргизии, Башкортостана, Татарстана, а также для Оренбургской и Астраханской областей России.

Интересная деталь: в отличие от многих русских фамилий, где суффикс -ев со временем «стёрся» и перестал осознаваться, в фамилии Айталиева он по-прежнему прозрачно указывает на имя-основу. Это делает фамилию «говорящей» для любого, кто знаком с тюркской лексикой. Встречаются и варианты написания через «а» в первом слоге — Айталиева, но с буквой «й» после «а» он более точен с точки зрения исходного произношения.