Фамилия Бухальцева — редкий пример, где народная этимология разошлась с научной, и разобраться в этом стоит сразу. В основе фамилии лежит прозвище Бухалец, которое восходит к древнерусскому глаголу «бухати». В словарях у этого слова два основных значения: «издавать глухие, гулкие звуки» и «бить, стрелять, ударять с глухим шумом». Первое, что приходит на ум современному человеку, — связь с глаголом «бухать» в значении «пить», но эта версия ошибочна. Ономасты сходятся во мнении: прозвище Бухалец не могло закрепиться за пьяницей — слишком негативную и бытовую окраску имело бы такое имя. Скорее всего, прозвище указывало на род занятий: Бухальцем могли называть воина, стрелка или человека, чья работа связана с глухими ударами (например, кузнеца, молотобойца или лесоруба). Другая версия — особенность речи: обладатель прозвища говорил низко, гулко, «бухающе».

Суффикс -ец в прозвище Бухалец типичен для древнерусских именований, обозначающих человека по действию или характерному признаку (ср. Боец, Стрелец, Певец). Фамилия Бухальцева образована по стандартной патронимической модели: от основы Бухалец с помощью притяжательного суффикса -ев (в женском роде — -а). Буквально фамилия означает «дочь (или жена) Бухальца». Интересно, что форма Бухальцева с ударением на втором слоге встречается реже, чем Бухальцева с ударением на третьем, что говорит о разной региональной традиции произношения.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и украинским говорам, где глагол «бухати» сохранил архаичное значение «бить, колотить». В центральных и северных областях России эта фамилия почти не встречается. Встречаются однокоренные фамилии: Бухалов, Бухарев, Бухалин, но Бухальцева стоит особняком из-за редкого суффикса -альц-, который придаёт прозвищу оттенок деятеля — человека, который «бухает» постоянно или профессионально. Таким образом, предок современных Бухальцевых был, скорее всего, человеком сильным, шумным в работе или военным, а вовсе не любителем выпить.