Фамилия Кочемаев — редкий пример, когда за основу взяли не имя, не профессию, а, скорее всего, диалектное прозвище. В её основе лежит слово «кочема» или «кочомка» — так в некоторых русских говорах, особенно на Севере и Урале, называли неуклюжего, неповоротливого человека или, по другой версии, увальня и соню. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Кочемаев буквально означает «сын Кочемы» или «человек из рода Кочемы».

Модель образования здесь типичная для русских фамилий: от прозвища, оканчивающегося на -а, прибавили патронимический суффикс -ев, а не -ин, потому что основа заканчивается на мягкий согласный звук. Если бы прозвище звучало как «Кочемай», то фамилия была бы Кочемаев, но тут исходная форма — «Кочема», что делает словообразование немного нестандартным, но грамматически верным.

В ономастических справочниках эта фамилия встречается редко, что говорит о её локальном происхождении. Скорее всего, она возникла в среде крестьян или посадских людей, где прозвища были точными и часто нелестными. Прямых параллелей с тюркскими корнями, несмотря на созвучие, нет — это исконно русское образование от внутреннего диалектного слова.

Если рассматривать географию, то носители фамилии Кочемаев встречаются в основном в Поволжье и Приуралье, что совпадает с ареалом бытования слова «кочема». Встречается и вариант написания Кочемаев, но он менее точен с точки зрения этимологии. Таким образом, предок носителя этой фамилии был, по всей видимости, человеком медлительным или домовитым, за что и получил своё прозвище, закрепившееся в роду.