Фамилия Кадемий — редкий случай, когда исходное слово почти не оставляет сомнений, но при этом ставит перед исследователем несколько неожиданных вопросов. Основа фамилии — «кадемия» или «кадемий», что с высокой вероятностью указывает на латинское «academia» (академия) через греческое «Ἀκαδήμεια». В русском языке XVIII–XIX веков слово бытовало в формах «академия» и «кадемия» (с утратой начальной «а» под влиянием просторечия или диалектов). Так могли прозвать человека, связанного с учебным заведением: преподавателя, студента, служащего при академии, а иногда и просто грамотея, которого в деревне иронично величали «кадемиком».

Суффикс -ий в этой фамилии необычен. В русской модели фамилий на -ий чаще всего стоят притяжательные прилагательные от личных имён (Дмитрий → Дмитриев, но не Дмитрий). Здесь же -ий, скорее всего, калька с украинского или польского способа передачи фамилий на -ій (Кадемій), либо результат книжного, «учёного» оформления прозвища. В любом случае, фамилия не крестьянская по происхождению — она обязана своим появлением среде, где латынь и понятие «академии» были на слуху: духовные семинарии, университеты, гимназии.

Версия о происхождении от химического элемента кадмия менее вероятна. Элемент открыт в 1817 году, а фамилия, судя по словообразованию, могла возникнуть раньше. К тому же кадмий — металл, не имевший широкого бытового прозвищного значения. Если фамилия и могла быть связана с химией, то только как прозвище аптекаря или лабораторного служителя, но это скорее исключение.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинским землям, где влияние польской ономастики и католических учебных заведений было сильнее. Встречается преимущественно в единичных записях, что подтверждает её книжное, неродовое происхождение: носители, скорее всего, потомки одного человека, получившего прозвище «Кадемий» за учёность или за службу при академии.