Фамилия Мелькаев происходит от прозвища, которое давали человеку по особенности поведения или характера. В основе лежит глагол «мелькать» — то есть часто мигать, мерцать, мельтешить. Так на Руси могли прозвать либо того, кто беспокойно моргал, либо суетливого, непоседливого человека, который постоянно мельтешит перед глазами. Впрочем, есть и вторая версия, возводящая основу к глаголу «измельчать» — в этом случае прозвище могло указывать на небольшой рост или на человека, который дробил, измельчал что-то в работе.

Словообразовательная модель здесь простая и прозрачная. Прозвище Мелькай оформилось по типу кратких именований с окончанием -ай (как Болтай, Ломай, Стреляй), а уже от него образовали фамилию с типичным русским суффиксом -ев, указывающим на принадлежность потомку: Мелькаев — сын Мелькая. Такая схема встречается в русских фамилиях повсеместно, но именно с основой «мелькать» она редкая, что делает фамилию заметной среди однокоренных — Мельников, Мельниченко, которые связаны с профессией мельника и не имеют к прозвищу Мелькай никакого отношения.

Существует и третья, менее убедительная гипотеза, согласно которой в основе лежит ласкательное прозвище Малец, которое родители давали ребенку. Но она слабее: переход «малец» в «мелькай» фонетически неочевиден, а связь с глаголом «мелькать» лежит на поверхности и подтверждается живой диалектной лексикой. Поэтому версия о суетливом или часто мигающем человеке выглядит правдоподобнее.

О точном месте и времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс формирования русских фамилий растянулся на несколько столетий, и прозвищные фамилии в разных регионах появлялись в разное время. Но то, что фамилия сохранилась и не растворилась среди более частотных, говорит о том, что прозвище закрепилось за родом прочно. Мелькаевы — это потомки человека, который чем-то выделялся на фоне остальных: может быть, быстрой речью, порывистыми движениями или беспокойным взглядом.