Фамилия Демерчаева — редкий случай, когда географическая привязка проясняет происхождение почти сразу. В основе лежит, скорее всего, топоним Демерчи или Демерджи. В Крыму есть гора Демерджи (в переводе с крымскотатарского — «кузнец»), а также одноимённое село (ныне Лучистое). Житель того места или выходец оттуда мог получить прозвание Демерчи, а его потомки — фамилию Демерчаев (Демерчаева). Суффикс -ев стандартно указывает на принадлежность: «чей?» — Демерчаев, то есть сын или потомок Демерчи.

Второй путь — от тюркского имени или прозвища Демерчи, которое буквально означает «кузнец». У тюркских народов фамилии часто образовывали от названия ремесла: кузнечное дело было уважаемым и распространённым. Если предок был кузнецом, его могли прозвать Демерчи, а при русификации фамилии добавили русский суффикс -ев.

Форма Демерчаева (с ударением, скорее всего, на втором слоге: Деме́рчаева) указывает на женский вариант. Мужская форма — Демерчаев. Сама фамилия встречается крайне редко, преимущественно в южных регионах России, где было сильное тюркское и крымскотатарское влияние — например, в Ростовской области, Краснодарском крае, Ставрополье. Встречаются и варианты написания: Демержиев, Демерджиев, Демерчян — все они восходят к тому же корню, но с разными национальными суффиксами.

Есть и более спорная версия: связь с греческим словом «демерджи» (δημιουργός — творец, мастер). Но она менее правдоподобна, так как в греческом языке слово звучит иначе, а в Крыму топоним Демерджи имеет именно тюркское происхождение. Таким образом, носители фамилии Демерчаева — потомки либо крымского кузнеца, либо выходца из села у горы Демерджи.