Фамилия Докучаева — одна из тех, что прямо рассказывает о характере или поведении предка. В её основе лежит прозвище Докучай, которое образовали от глагола «докучать» (надоедать, кланяться, упрашивать, приставать). Чаще всего так называли человека настойчивого, а то и назойливого. Однако есть и другая версия: прозвище могло произойти от слова «докука» — просьба, ходатайство, хлопоты просителя. В этом случае Докучаем могли прозвать отзывчивого человека, к которому постоянно шли за помощью или советом.

Фамилия образована по простой и распространённой модели: к основе Докучай добавили суффикс -ев (в безударной позиции после шипящего пишется -ев, а не -ов). Суффикс указывает на принадлежность: Докучаев — сын или потомок Докучая.

Первые письменные упоминания прозвища находим у историка С. Б. Веселовского. В его записях значатся: Докучай Засецкий, дворянин (1592 год); Докучай Онисимов Вараксин из Деревской пятины; а также Матвей Докучаев, подьячий Тайного приказа (1663 год, Москва). Эти записи показывают, что уже в XVI–XVII веках прозвище бытовало в разных слоях общества — от дворян до приказных людей.

Фамилия Докучаева встречается и в более поздних документах. Например, в Книге памяти Московской области упоминается Александр Александрович Докучаев (родился в 1895 году в Подольске), работавший начальником сектора капитального строительства Наркомата легкой промышленности СССР.

Самый известный носитель фамилии — Василий Васильевич Докучаев (1846–1903), геолог и почвовед, основатель русской школы почвоведения. Он создал учение о почве как об особом природном теле, открыл закономерности её происхождения и географического распределения. Благодаря ему фамилия Докучаев стала широко известна в научных кругах, хотя её корни уходят в бытовое прозвище далёкого предка.