Фамилия Белорай — редкий случай, где модель образования видна сразу, но значение неочевидно. Она сложена из двух корней: «бел-» и «-рай». Первый, как правило, указывает на белый цвет, светлый оттенок или чистоту. Второй — «рай» — может относиться и к библейскому раю, и к тому, что в старых говорах называли «раёк» или «рай»: тенистое место, роща, а иногда и просто красивое, привольное угодье.

Самый прямой путь — фамилия-прозвище, данное человеку, жившему у «белого рая»: светлой рощи, берёзовой или осиновой пущи, выделявшейся на местности. В русских говорах слово «рай» нередко означало лесной массив, особенно лиственный. Тогда Белорай — это указание на место жительства: «тот, кто с Белого Рая». Такие прозвища закреплялись за крестьянами, когда переселенцам нужно было объяснить, откуда они пришли, или назвать урочище, где стояла деревня.

Вторая версия — семинарская. Фамилии с корнем «рай» (Райский, Райков) нередко давали в духовных училищах как «говорящие», символические. Белорай могло означать «светлый рай» — благостный, чистый образ. Однако для семинарской фамилии типичнее суффикс -ский (Белорайский). Форма на -ай (как Маломай, Сухорай) скорее указывает на народное, бытовое происхождение, а не на книжное.

Суффикс -ай в фамилии — редкий. В русской ономастике он встречается в прозвищах от глаголов (Ломай, Стреляй) или от прилагательных (Сухорай, Маломай). Белорай, вероятно, построен по той же модели: прилагательное + корень «рай». Это делает фамилию характерной для северных и центральных областей России, где такие «усечённые» прозвища бытовали до XVII века, а затем закрепились в качестве фамилий у крестьян и однодворцев.

Окончание -й в мужском роде (Белорай, а не Белораев) говорит о том, что фамилия не прошла стандартную русификацию через суффиксы -ов/-ин. Она сохранила форму прозвища или первоначального именования. Встречается она редко, и её носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких локальных гнёзд, где прозвище прижилось и передалось по наследству без изменений.