Фамилия Бухтеев образована от прозвища Бухтей. В его основе — украинский глагол «бухтiти», который имеет два значения: «произносить глухие звуки» и «бить, стрелять». Скорее всего, прозвище содержало указание либо на особенности речи предка-родоначальника (например, он мог говорить глухо, невнятно или басить), либо на его профессию. Второе значение делает версию о военном прошлом вполне правдоподобной: «бухтей» могли прозвать пушкаря, стрелка или барабанщика — человека, чья работа была связана с громкими, глухими ударами или выстрелами.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: к основе Бухтей прибавился патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Бухтея). Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская: прозвища, переходящие в фамилии, в этих сословиях были особенно распространены. Украинский корень в основе может говорить о южнорусских или малороссийских корнях рода — фамилия могла возникнуть в среде переселенцев или в пограничных с Украиной губерниях.

В исторических источниках фамилия встречается редко, что подтверждает её прозвищное, а не книжное происхождение. Словарь Б. Унбегауна относит подобные фамилии к разряду «отпрозвищных», где основа — яркая характеристика человека, данная окружающими. В случае Бухтеева такой характеристикой мог быть и звук шагов (тяжёлая поступь), и манера речи, и род занятий. Однозначно определить, какое из значений сработало в каждом конкретном случае, сейчас невозможно — но оба они укладываются в логику народного прозвища.