Фамилия Харлаев — классический пример русской фамилии, образованной от крестильного имени через суффикс принадлежности -ев. В основе лежит каноническое имя Харлампий, которое пришло на Русь из греческого языка и означает «сияющий радостью». В народной, бытовой речи это имя быстро сократили до кратких форм Харлам, Харлаха, Харлаш, а затем и до Харлай. Именно эта усечённая форма и стала основой для фамилии: Харлай + -ев = Харлаев, то есть «сын Харлая» или «потомок человека по имени Харлай».

Интересна здесь не сама модель (она типична для русских фамилий), а судьба исходного имени. Харлампий было редким, почти исключительно монашеским именем вплоть до XVIII века. В крестьянской и купеческой среде оно стало встречаться чаще, но всё равно оставалось нечастым. Поэтому фамилия Харлаев не относится к массовым — её носители в основном сосредоточены в центральных и южных регионах России, особенно в бывших Курской, Воронежской и Тамбовской губерниях. Географическая привязка подсказывает, что предки современных Харлаевых были, скорее всего, государственными или помещичьими крестьянами, а не дворянами: фамилии на -ев от редких имён в высших сословиях почти не встречались.

В ономастических словарях (например, в работах Б. Унбегауна) фамилия Харлаев не выделяется как исключительная, но её родственники — Харламов, Харлашкин, Харлаченков — указывают на ту же основу. Отличие Харлаева в том, что суффикс -ев присоединён к форме на -ай, что характерно для южнорусской и украинской традиции словообразования. Если бы фамилия возникла в северных областях, она могла бы звучать как Харламов (от полной формы Харлам) или Харлашин (от Харлаша). Таким образом, по фамилии можно с некоторой уверенностью сказать, что предки носителя жили в чернозёмной полосе и носили имя, которое в народе переосмыслили до короткого и удобного Харлай.