Фамилия Докучаев происходит от прозвища или нецерковного имени Докучай. В древнерусском языке глагол «докучать» означал «надоедать, наводить скуку, приставать с просьбами». Соответственно, Докучаем могли назвать назойливого, навязчивого человека, который постоянно о чём-то просил или донимал разговорами. Однако в крестьянской среде прозвища часто давались с доброй иронией, без злого умысла — так могли окликнуть и просто общительного, «липнущего» к людям ребёнка.

Словообразовательная модель фамилии типична для русского севера и центральных областей. Суффикс -ев присоединяется к основам на мягкий согласный или -й. В данном случае основа «Докучай» дала форму Докучаев: «чей сын?» — Докучаев. Это отчество второго порядка, закрепившееся в качестве фамилии к XVII–XVIII векам.

Интересная деталь: фамилия Докучаев стоит в одном ряду с однокоренными Докукин, Докучный, Докука. Все они восходят к тому же корню «докуч-». Но если Докука — это прямое называние человека по действию («докука» — просьба, хлопоты), то Докучаев — более мягкая форма, через прозвище. У В. И. Даля в словаре зафиксировано слово «докучай» именно в значении «надоедала, неотвязный проситель». Таким образом, предок носителя фамилии, скорее всего, получил прозвище за настойчивый характер или привычку часто обращаться с просьбами.

Географически фамилия встречается повсеместно, но с заметным сгущением в Вологодской, Костромской и Ярославской областях — на территории бывших северных княжеств, где отчества на -ев были особенно распространены. В дворянские роды Докучаевы не входили, фамилия оставалась преимущественно крестьянской и мещанской, что подтверждается данными переписей XIX века.