Фамилия Мальгаев образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от прозвища или имени через суффикс принадлежности -ев. Суффикс указывает на то, что основатель рода был сыном или потомком человека по прозвищу Мальгай. В фамилиях на -ев, в отличие от -ов, конечный звук основы смягчается, что и даёт форму Мальгаев, а не Мальгагов.

Корень «мальг-» в русских говорах имеет несколько значений, и выбор наиболее вероятного зависит от региональной привязки. В северных и сибирских диалектах «мальга» — это мелкая рыба, чаще всего снеток или мелкий окунь. Прозвище Мальга могли дать невысокому, щуплому человеку или, напротив, искусному рыбаку, который промышлял такой рыбой. Вторая версия связана с глаголом «мальгать» — медлить, мешкать, нерешительно действовать. В этом случае Мальгай — прозвище медлительного, нерасторопного человека. Третья, менее распространённая гипотеза возводит основу к тюркскому слову «малга» (скот, имущество), но для фамилии с русским суффиксом -ев это маловероятно: скорее всего, здесь чисто славянская диалектная основа.

Географически фамилия Мальгаев тяготеет к северу России и Уралу. Встречается в Архангельской, Вологодской областях, а также в Пермском крае. В этих местах слово «мальга» в значении «мелкая рыба» хорошо известно, что делает «рыбную» версию наиболее правдоподобной. Фамилия не относится к числу массовых, её носители — потомки крестьян или рыбаков из северных губерний, где прозвища по роду занятий или внешности давали особенно часто.

Среди однокоренных фамилий — Мальгин, Мальганов, Мальгачёв. Мальгаев стоит особняком благодаря суффиксу -ай, который в русских прозвищах часто придаёт оттенок ласкательности или уменьшительности. То есть Мальгай — это не просто «тот, кто ловит мальгу», а скорее «маленький, как мальга» или «медлительный Мальга». Такая форма прозвища указывает на то, что основатель рода был человеком невысокого роста или обладал характерной неторопливостью, которую окружающие закрепили в прозвище.