Фамилия Карайцева — редкий случай, когда географическая привязка перевешивает любые попытки вывести основу из нарицательного слова. В отличие от большинства русских фамилий на -ов/-ев и -ин, которые легко разложить на имя или прозвище, здесь главная загадка — суффикс -цев- (в мужском роде Карайцев). Такая модель типична для фамилий, образованных от названий жителей определённой местности: «карайцы» — то есть выходцы из села, деревни или урочища с корнем «Карай-».

Самый прямой кандидат — топоним Карай. На карте России и Украины встречаются поселения с таким названием: например, село Карай в Саратовской области или река Карай в Тамбовской. Если предки Карайцевых происходили оттуда, их могли называть «карайцами» (жителями Карая), а их потомки уже получили фамилию по отцу — Карайцевы. Такой способ словообразования (с усечением основы) не редкость: сравните с фамилиями Тамбовцев, Рязанцев, Козловцев.

Менее вероятна, но возможна связь с тюркским прозвищем. Слово «карай» в тюркских языках означает «чёрный» или «смотрящий», а у караимов (тюркский народ) это этноним. Однако суффикс -цев для этнических прозвищ нетипичен — скорее бы образовалась фамилия Караимов или Карайский. Поэтому версия с географическим названием выглядит убедительнее: она объясняет и редкий суффикс, и то, что фамилия не имеет массового распространения.

Интересно, что в документах XVII–XVIII веков встречаются служилые люди с фамилией Карайцев, записанные в южных уездах России — как раз в зоне расселения по реке Карай. Это подтверждает: предки Карайцевых, скорее всего, были не боярами и не крепостными, а государственными крестьянами или однодворцами, чья фамилия закрепилась по месту прежнего жительства. Сословного барьера фамилия не несёт — она бытовала в среде свободного сельского населения.