Фамилия Лочмелев — редкая, и её происхождение напрямую связано с прозвищем или неканоническим именем Лочмель. В основе лежит диалектное слово «лочма» или «лочмель», которое в разных говорах означало неряшливого, косматого человека, либо того, кто ходит в лохмотьях. В словаре Владимира Даля «лочма» — это клок, лохмотья, а «лочматый» — растрёпанный. Таким образом, прозвище Лочмель могли дать человеку за неопрятный внешний вид или за привычку носить ветхую, изношенную одежду.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: к основе на мягкий согласный прибавился патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Лочмеля). Фамилия закрепилась в форме притяжательного прилагательного. Менее вероятно, но не исключено, что Лочмель — это искажённая форма имени, например, от редкого крестильного имени Логгин (в просторечии Логин), где произошла замена звуков и добавление суффикса -ель.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где диалектное слово «лочма» было в ходу. Встречается она крайне редко, в основном в единичных записях по Вологодской, Костромской и Ярославской губерниям. Сословно носители фамилии — почти наверняка крестьяне или посадские люди, поскольку прозвище из бытовой, недворянской среды. В дореволюционных источниках Лочмелевы не фигурируют среди дворянских родов, что подтверждает народное происхождение.

Интересно, что фамилия не имеет вариантов с суффиксом -ов (Лочмелов), что говорит о её поздней письменной фиксации: в момент записи прозвище уже звучало как Лочмель, а не Лочмел. Это отличает её от однокоренных фамилий вроде Лохматов или Лохмачёв, где основа более прозрачна.