Фамилия Лухтаева — женская форма, а мужская, Лухтаев, образована по самой распространённой в русской ономастике модели: от прозвища или мирского имени с помощью суффикса -ев. Этот суффикс присоединяли к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или шипящий, в отличие от более частого -ов. Значит, в основе фамилии лежало слово «Лухтай» — так могли прозвать человека.

Корень «лухт-» в русских говорах имеет несколько значений, и тут возможны два основных варианта. Первый связан с диалектным словом «лухта» — так в некоторых областях (например, в архангельских и вологодских говорах) называли мох, болотную топь, а также рыхлый, ноздреватый лёд или снег. Прозвище Лухтай мог получить человек, живший у болота или на сырой низине, либо же обладатель рыхлой, неплотной фигуры. Второй вариант — от глагола «лухтать», что значит «шататься, качаться» или «плохо сидеть (об одежде)». В этом случае Лухтаем дразнили неуклюжего, нетвёрдого на ногах человека или того, кто носил мешковатую, не по росту одежду.

Менее вероятна, но возможна версия, что основа восходит к тюркскому «лух» (пух, перо) или к калмыцкому «лух» (род чепрака, подстилки под седло). Но для фамилии, распространённой в исконно русских регионах, эти объяснения выглядят натянутыми — скорее всего, корень именно славянский, диалектный.

Учитывая, что фамилия встречается преимущественно на севере и северо-востоке европейской части России (Вологодская, Архангельская, Кировская области, Пермский край), версия с «лухтой» как болотом или мхом выглядит самой убедительной. Предки современных Лухтаевых, вероятно, жили в лесной или болотистой местности, и прозвище закрепилось за родом по месту жительства или по характерной черте внешности. Фамилия недворянская, крестьянская или посадская — её носители входили в податные сословия, и в документах она фиксируется с XVII–XVIII веков, когда заканчивалось формирование русских фамилий у непривилегированных слоёв.