Фамилия Болхаев — редкая и неочевидная с точки зрения корня. Её основа — «Болхай» — не встречается в списке распространённых русских имён, поэтому происхождение приходится искать в прозвищах, диалектных словах или тюркских заимствованиях.

Самый прямой путь — через тюркские языки. В казахском, башкирском и татарском есть слово «болха» (или «болка»), означающее «предположение», «догадку», а также глагол «болхау» — «гадать», «строить догадки». Прозвище Болхай могли дать человеку, который славился умением предугадывать события, толковать сны или, напротив, был нерешительным, всё время «гадал», как поступить. В пользу этой версии говорит и то, что фамилия Болхаев встречается среди татар, башкир и казахов, особенно в Оренбургской области и Башкортостане. Суффикс -ев указывает на русское оформление фамилии от тюркской основы — так часто происходило при смешанных браках или при переходе в православие.

Менее вероятная, но интересная версия — связь с диалектным русским словом «болхать» (говорить невнятно, бормотать, болтать вздор). В некоторых говорах так называли пустомелю или человека с неразборчивой речью. Однако эта гипотеза слабее: в русских говорах больше распространены формы «болтать», «балаболить», а «болхать» — узколокальное слово, которое вряд ли легло в основу фамилии.

Есть и третья, уже совсем редкая возможность: происхождение от имени Болха — варианта крестильного имени Варлаам или Варфоломей в простонародном произношении. Но для такого перехода нет надёжных письменных свидетельств, а фамилии от Варлаама обычно выглядят как Варламов, Варлашин.

Таким образом, наиболее правдоподобно, что Болхаев — фамилия тюркского происхождения, связанная с прозвищем «гадатель» или «предсказатель». Носители её, скорее всего, были выходцами из тюркоязычной среды, принявшими русскую фамильную модель. Географически фамилия тяготеет к южному Уралу и Поволжью, где столетиями соседствовали русские и тюркские народы.