Фамилия Букалева — женская форма, а её мужской вариант Букалев. В основе фамилии лежит прозвище или мирское имя Букал. В русских говорах, особенно на севере и в Сибири, «букать» означало «мычать», «издавать глухой звук», а «букало» — человек, который говорит невнятно, бормочет, или же медлительный, угрюмый. Слово «бука» и само по себе обозначало нелюдимого, хмурого человека, так что Букал — это его вариант, усиленный суффиксом -л-. Впрочем, в некоторых диалектах «букалом» называли и детскую игрушку-погремушку, что могло стать прозвищем болтуна или того, кто постоянно шумит.

Суффикс -ев в окончании указывает на типичную модель образования русских фамилий от основ, оканчивающихся на мягкий согласный или на -й. Букал дал Букалев — «сын Букала». Это патронимическая фамилия, то есть образованная от личного имени или прозвища отца. В отличие от фамилий на -ов (от основ на твёрдый согласный), здесь мы видим именно -ев, что филологически корректно для прозвища Букал.

Географически фамилия Букалев встречается не слишком часто, но имеет заметный очаг в Вологодской и Архангельской областях, а также на Урале. Это косвенно подтверждает её севернорусское происхождение: именно в этих краях слово «букать» и его производные были особенно употребительны. Встречается также вариант с ударением на второй слог — Букалёв, что характерно для некоторых южнорусских говоров, но основной массив носителей тяготеет к северу.

Среди однокоренных фамилий — Букалов, Букарин, Букин. Букалев стоит особняком благодаря редкому суффиксу -л-, который в прозвищах часто придавал оттенок деятеля (ср. «вякал», «кричал»). Таким образом, предок носителя фамилии Букалев был, скорее всего, человеком с характером — либо молчаливым и суровым, либо, наоборот, неугомонным говорком, за что и получил своё прозвище. Точное значение утрачено, но словообразовательная модель надёжно прослеживается.