Фамилия Грайберг — редкий для России пример немецкой или еврейской фамильной модели с прозрачной внутренней формой. Её основа — немецкое слово «Grau» (серый) в сочетании с «Berg» (гора). Буквально: «серая гора». В отличие от славянских фамилий, где преобладают суффиксы -ов/-ев, -ин или -ский, здесь мы видим чистую немецкую двухосновную конструкцию без дополнительного оформления: корни сращены напрямую. Такая модель типична для ашкеназских еврейских фамилий, которые в XVIII–XIX веках массово присваивались по указу австрийских и российских властей, а также для немецких топонимических фамилий.

Скорее всего, фамилия возникла как искусственная или описательная. В немецкой ономастике есть целый пласт фамилий на -berg: Розенберг (розовая гора), Грюнберг (зелёная гора), Шварценберг (чёрная гора). Грайберг встаёт в этот же ряд. «Серая гора» могла указывать на конкретное место жительства предка — деревню или холм с таким названием, либо быть чисто канцелярским изобретением чиновника, который давал фамилии по цвету, ландшафту или случайному признаку. Второй вариант особенно вероятен, если фамилия еврейская: в черте оседлости нередко давали «цветные» фамилии без привязки к реальной географии.

С точки зрения словообразовательной модели, это типичная немецкая композита (сложное слово) с ударением на первый слог: Гра́йберг. В русском языке ударение может смещаться на второй слог по аналогии с привычными фамилиями на -берг, но исходное немецкое произношение — с ударением на «Грай». Написание через «й» (а не «Grauberg») — результат адаптации немецкого дифтонга «au» к русской графике: «au» передаётся как «ау» или «ай», и в данном случае закрепился вариант «Грай».

Встречается фамилия в основном среди потомков немецких колонистов, переселявшихся в Российскую империю при Екатерине II, и среди еврейского населения западных губерний. В советских архивах носители Грайберг фиксируются в Одесской, Житомирской областях, а также в Поволжье. Из-за редкости фамилия почти не имеет вариантов написания — это не «Грауберг» и не «Грейберг», хотя в дореволюционных метрических книгах могли писать через «ау» (Грауберг) под влиянием немецкого оригинала.

Сословная принадлежность предков — скорее всего, мещане или крестьяне. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Если предки были немецкими колонистами, они могли заниматься сельским хозяйством или ремеслом; если еврейскими — торговлей или мелким предпринимательством. Никакой однозначной связи с конкретным ремеслом у фамилии нет: «серая гора» не указывает на профессию, только на цвет и ландшафт.