Фамилия Менделев выглядит как типичная притяжательная модель на -ев, но с одной неочевидной особенностью. Большинство фамилий на -ев образованы от основ на мягкий согласный или на -й (Алексеев, Андреев), а здесь корень заканчивается на твёрдый -л. По строгим правилам русского словообразования от имени Мендель должна была получиться фамилия Менделев, а не Менделев — но в живой речи и письме победил привычный вариант с -ев, который для уха звучит естественнее, чем редкое -ов после мягкого согласного.

Основа фамилии — мужское имя Мендель. Это не самостоятельное древнееврейское имя, а уменьшительная форма от Менахем (в ашкеназской традиции). Менахем переводится как «утешитель», и в иудейской среде это имя было распространено веками. На восточнославянской почве имя Мендель закрепилось в качестве прозвищного или бытового имени у еврейского населения черты оседлости, особенно на территории современной Беларуси, Украины и Польши. Фамилия Менделев, таким образом, означает «сын Менделя» или «принадлежащий Менделю».

Скорее всего, носители фамилии Менделев — потомки людей, которые получили фамилию по отцу в первой половине XIX века, когда на западных окраинах Российской империи проводилась массовая паспортизация еврейского населения. До этого фамилий у большинства не было, и человека называли по имени отца: Менделев сын. Когда чиновник записывал фамилию, он мог добавить русский суффикс -ев к имени отца — так появились десятки тысяч фамилий типа Абрамов, Берков, Менделев.

Интересно, что фамилия Менделев не имеет никакого отношения к химику Дмитрию Менделееву — его фамилия образована от имени Менделей (народная форма имени Модест или уменьшительное от Мендель) с другим суффиксом. У Менделеевых и Менделевых разные корни, хотя основа общая. Встречается и вариант написания Менделев — с ударением на первый слог, что типично для фамилий еврейского происхождения в русской среде, где ударение часто смещается на корень.

Фамилия редкая, не массовая. По переписям и архивным данным, Менделевы встречаются в основном в бывших губерниях черты оседлости — Могилёвской, Витебской, Киевской, а также в крупных городах, куда мигрировало еврейское население в конце XIX — начале XX века. Сословно предки были мещанами или ремесленниками, реже купцами. Дворянских корней у фамилии нет.