Фамилия Мелай — редкий пример, где географический и языковой факторы переплетаются настолько тесно, что разобрать их по отдельности почти невозможно. Скорее всего, перед нами фамилия не русского, а западнославянского, балтийского или молдавского происхождения, хотя носители встречаются и в России.

Первый и самый очевидный путь — рассмотреть фамилию как украинскую или белорусскую, образованную от прозвища. В этих языках «мелай» может быть формой глагола «мелати» (молоть, мельчить) или прилагательным со значением «мелкий, неглубокий». Прозвище Мелай могли дать человеку невысокого роста, худощавому, либо же тому, кто работал на мельнице. Суффикс -ай типичен для украинских и белорусских фамилий, образованных от глагольных основ (как Дергай, Стреляй, Ломай). Такая модель указывает на активное действие или характерный признак: Мелай — «тот, кто мелет» или «мелкий».

Вторая, не менее вероятная версия — балтийское происхождение. В литовском языке есть слово «melas» (ложь) или «mėlynas» (синий, голубой), а также фамилия Melas, от которой через полонизацию могла возникнуть форма Мелай. В польском языке «mełaj» может быть вариантом от «meł» (молол), что снова отсылает к мельничному делу. Географически фамилия Мелай встречается в западных областях Украины (Волынь, Галиция), в Беларуси и на юге Литвы, что подтверждает пограничный характер её происхождения.

Третья версия — молдавско-румынская. В румынском «melai» означает «кукуруза» (в некоторых диалектах), или же это вариант фамилии Мелае, образованной от слова «melc» (улитка). Молдавские фамилии часто оканчиваются на -ай (Бугай, Балай, Шалай), и Мелай может быть одним из таких случаев. Если предки были из Бессарабии или Приднестровья, то корень, вероятно, связан с сельским хозяйством или прозвищем по медлительности (улитка).

Словообразовательно фамилия проста: основа «мел-» плюс суффикс -ай. Она не имеет типично русского суффикса -ов или -ин, что сразу говорит о её нерусском происхождении. В России фамилия Мелай встречается редко, чаще всего у потомков переселенцев из западных губерний или у людей с украинскими корнями.

Спорных версий здесь немного: иногда фамилию пытаются связать с греческим именем Мелай (мифологический персонаж), но это натяжка — такая гипотеза не подтверждается ни географией, ни частотностью. Правдоподобнее всего сочетание украинской или белорусской модели с прозвищем по занятию (мельник) или по внешности (мелкий).