Фамилия Мечкаев образована от прозвища или нецерковного имени Мечкай. В её основе лежит диалектное слово «мечка» — так в некоторых русских говорах, особенно в северных и сибирских областях, называли медведицу. Суффикс -ай типичен для прозвищ, образованных от названий животных: ср. Ерш — Ершай, Волк — Волчай. Имя или прозвище Мечкай могли дать человеку за сходство с медведем — за крупное телосложение, силу, неуклюжесть или угрюмый нрав. В медвежьих углах такое прозвище было не оскорбительным, а скорее описательным, и нередко закреплялось за целым родом.

Суффикс -ев в окончании указывает на патронимическую модель: Мечкаев — сын Мечкая. Такое окончание вместо более распространённого -ов появилось из-за мягкого согласного в основе. Фамилия редкая, её география тяготеет к Поволжью и северо-востоку европейской части России: в переписях XIX века Мечкаевы встречаются в Вятской и Пермской губерниях, реже — в Костромской. Это объяснимо: медведь был промысловым зверем в лесных районах, и прозвища от «мечки» там давали чаще.

Версия о тюркском происхождении фамилии — от слова «меч» (как оружие) — маловероятна. В тюркских языках «меч» звучит иначе (например, «кылыч»), а русский суффикс -кай нехарактерен для заимствованных прозвищ. Если бы основа была иноязычной, фамилия скорее получила бы окончание -ов, а не -ев. Поэтому этимология через «медведицу» остаётся основной и самой логичной.

Среди однокоренных фамилий — Мечкин, Мечков, Мечкарев. Все они восходят к тому же корню, но с разными суффиксами. Мечкаев — одна из немногих, где сохранилась уменьшительно-прозвищная форма с -ай, что делает её особенно интересной для историков русской ономастики.