Фамилия Дмитряйчева — женская форма фамилии Дмитряйчев, и её происхождение стоит искать не в географическом названии или профессии, а в личном имени. В основе лежит просторечная или диалектная форма крестильного имени Дмитрий — Дмитряй. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Дмитряйчев буквально значит «сын Дмитряя», то есть потомок человека, которого в быту звали не Дмитрием, а именно Дмитряем.

Такая форма имени характерна для северных и центральных говоров, где окончание -ай (сравните: Михай вместо Михаил, Андрей — Андряй) было распространённым способом сокращения и «своячения» полного церковного имени. Дмитряй — не прозвище, а именно уменьшительно-обиходная версия, которая со временем закрепилась как фамильное прозвание. Это отличает фамилию от, скажем, Дмитриевых или Дмитровых, образованных от более стандартных вариантов.

Словообразовательная модель здесь проста, но не самая частая. Фамилий на -яйчев (от форм вроде Митряй, Дмитряй) в русском ономастиконе немного, и это придаёт Дмитряйчевой оттенок локальной или даже диалектной особенности. Носители фамилии, скорее всего, происходят из среды крестьян или посадских людей — именно в этих слоях населения церковные имена чаще всего переделывались на свой лад, а затем передавались детям уже как фамилии.

Встречаемость фамилии неширокая, что говорит о её относительно поздней фиксации и узком ареале бытования. Если искать корни, стоит обратить внимание на регионы, где говор «якал» или «акал» и где имя Дмитрий в быту звучало как Дмитряй — это может быть часть Тверской, Ярославской или Вологодской областей. Спорных версий у фамилии нет: основа настолько прозрачна, что альтернативные объяснения (например, от тюркского корня) были бы искусственными.