Фамилия Дуплеев образована от прозвища Дуплей. В основе прозвища лежит слово «дупло» — пустота в стволе дерева или выгнившее нутро пня. От этого значения пошла одна из версий: предок носителя фамилии мог заниматься изготовлением деревянной посуды, выдалбливая её из цельного куска дерева. В тверских говорах, однако, прозвище Дуплей имело другой смысл — так называли плотного, коренастого человека, а иногда и наивного, простоватого.

Есть и менее очевидная версия, связывающая прозвище со словом «дупель» — птицей семейства бекасовых. В этом случае прозвище могли дать за внешнее сходство с птицей или за особенности поведения. Какая из версий верна для конкретного рода Дуплеевых, сегодня сказать сложно — слово «дупло» в основе выглядит более естественным и распространённым для прозвищ, чем название птицы.

Сама фамилия построена по типичной восточнославянской модели: прозвище Дуплей плюс суффикс принадлежности -ев, указывающий на «сына Дуплея» или «потомка Дуплея». Формант -ев, а не -ов, появился потому, что основа прозвища заканчивается на й (Дуплей). Такая модель — одна из самых массовых в русских фамилиях, и Дуплеев вписывается в неё без отклонений. Встречается также вариант написания Дуплеевых, но он не меняет сути: это та же фамилия, только в форме родительного падежа множественного числа, характерной для фамилий на -их/-ых.