Фамилия Карпалёв — редкий случай, когда исходное слово восстанавливается без особых споров, но с необычным суффиксальным сдвигом. В основе лежит прозвище или мирское имя Карпаль, а оно, в свою очередь, образовано от имени Карп. Имя Карп пришло на Русь вместе с христианством из греческого языка, где karpos означает «плод». Так звали одного из семидесяти апостолов, поэтому имя было распространено у всех сословий, особенно в южнорусских и украинских землях.

Главная особенность фамилии — суффикс -л-, который в русской антропонимии встречается нечасто. Обычно фамилии образуют напрямую от имени: Карпов (чей? — Карпа). Но здесь сначала появилось прозвище Карпаль — человек, которого называли не просто по имени, а с оттенком ласкательности или, наоборот, ироничной простонародности. Суффикс -аль (-яль) в древнерусском языке давал значение «обладающий признаком» или «склонный к чему-то». Параллели — фамилии Коваль (от коваль — кузнец), Скобаль (скоблить), а также просторечные имена вроде Дунай, Буян. То есть Карпаль — это не «маленький Карп», а скорее «этакий Карп», «Карп по прозвищу». И уже от этого прозвища по стандартной модели (чей сын?) образовали фамилию Карпалёв.

Географически фамилия тяготеет к югу России и востоку Украины. В дореволюционных переписях носители встречались в Курской, Воронежской, Харьковской губерниях. Это объяснимо: имя Карп было особенно популярно у казачества и крестьян Черноземья. В северных и сибирских регионах фамилия почти не фиксируется. Ударение в ней устойчивое на последнем слоге — Карпалёв, что типично для фамилий с суффиксом -ев, образованных от основ на мягкий согласный или -ль.

Есть и более прозаическая, но менее вероятная версия: связь с диалектным словом «карпать» — делать что-то медленно, копаться, или «карпатый» — рябой, щербатый. Однако в говорах эти слова редки и не дали устойчивых прозвищ. Намного правдоподобнее, что Карпалёв — это потомок человека по имени Карп, которого в быту называли Карпалем. Фамилия сохранила ту самую народную форму, которую позже вытеснило стандартное «Карпов».