Фамилия Буртелей — редкая и необычная по своему строению. В ней сразу бросается в глаза окончание -ей, которое нехарактерно для подавляющего большинства русских фамилий, образованных суффиксами -ов, -ев, -ин. Это окончание указывает на иноязычное происхождение или на то, что фамилия была записана в непривычной для русского уха форме. Скорее всего, перед нами не исконно русская, а украинская, белорусская или польская фамилия, где окончание -ей встречается чаще (как в фамилиях Ковалей, Грицей). В русской среде такая форма могла закрепиться из-за особенностей местного говора или при переписи населения.

Основа фамилии — Буртел. Самое вероятное объяснение: это вариант прозвища или имени Буртель, которое, в свою очередь, восходит к диалектному слову «буртель» — так в некоторых западных и южных регионах называли небольшой узел, свёрток, а иногда и человека, который постоянно носит с собой много вещей. В переносном смысле так могли прозвать нерасторопного, неуклюжего человека или же того, кто был сборщиком чего-либо. Менее вероятная, но возможная версия — связь с немецким словом «Bürger» (горожанин, бюргер), которое в польском и украинском языках могло трансформироваться в «буртель» через звуковое упрощение. Однако эта гипотеза слабее, так как для неё нет прямых диалектных подтверждений.

Географически фамилия Буртелей, скорее всего, привязана к западу современной Украины или Беларуси, а также к пограничным с Польшей областям. Именно там встречаются подобные окончания и сохранились диалектные слова. В России эта фамилия — большая редкость, её носители, вероятно, потомки переселенцев с запада.

Суффиксальная модель здесь отсутствует в привычном понимании: фамилия образована не от отчества с суффиксом, а путём застывания прозвища в родительном падеже множественного числа (по типу «из семьи Буртелей»). То есть первоначально это было указание на род: «чей? — Буртелей», то есть из рода Буртеля. Такая модель (фамилии на -ей) встречается у украинцев и белорусов, но в русской ономастике она маргинальна. Это и есть уникальная деталь: Буртелей — не просто фамилия, а редкий пример того, как прозвище перешло в фамилию без стандартного русского суффикса, сохранив грамматическую форму, которая для русского уха звучит как окончание.