Фамилия Димоев — редкий пример, где написание через «о» может скрывать сразу два совершенно разных корня. Скорее всего, это фонетический вариант более распространённой фамилии Димаев: в русских говорах и при записи фамилий в официальных документах безударное «а» часто заменяли на «о» («аканье» на письме), поэтому Димаев легко превратился в Димоева.

Если отталкиваться от исходной формы Димаев, то спop об основе сводится к двум версиям. Первая ведёт к тюркскому имени Димай — диалектному варианту сложносоставного имени Динмухаммет. Первая часть восходит к арабскому «дин» (вера, религия), вторая — к имени Мухаммет («восхваляющий, прославляющий»). В буквальном переводе Динмухаммет означает «прославляющий религию». В этом случае фамилия Димоев — потомок человека, носившего имя с яркой религиозной окраской.

Вторая версия связывает ту же основу Димай с уменьшительной формой крестильного имени Дмитрий (от древнегреческого «принадлежащий Деметре»). В народной речи имя Дмитрий сокращали до Дима, Димай, и отчество от такой формы дало фамилию Димаев, а затем и Димоев. Какая из гипотез правдоподобнее, решить трудно: обе опираются на живые диалектные формы, но тюркская версия объясняет и суффикс -ев, типичный для фамилий нерусского происхождения в Поволжье и на Урале.

Сама фамилия Димоев встречается нечасто. Её география — преимущественно регионы с давними тюрко-славянскими контактами: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область. Встречаются единичные носители и на Северном Кавказе, что может указывать на самостоятельное, не связанное с Димаевым, образование от местных имен с корнем «дим». Однако без дополнительных генеалогических изысканий определить точное происхождение в каждом конкретном роду невозможно.