Фамилия Айталиева — яркий пример тюркского наследия в русском ономастиконе. Её основа восходит к мужскому имени Айтали, распространённому у казахов, киргизов, башкир и 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». Так имя Айтали часто толкуют как «луноподобный», «светлый, как луна» или «просящий луну» — то есть долгожданный, желанный ребёнок.

Фамилию образовали по классической для русского языка модели: к основе мужского имени Айтали добавили 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.

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.

С точки зрения сословной истории, фамилии на -ев/-ов в тюркской среде фиксировали 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.