Фамилия Мензелеева — женская форма от Мензелеев, и её разбор стоит начать с вопроса, который сразу приходит в голову: не опечатка ли это? Сходство с фамилией великого химика Менделеева бросается в глаза, но это самостоятельное, редкое образование. В отличие от фамилии Дмитрия Ивановича, которая происходит от церковного имени Мендей (разговорная форма от Мефодий) или от слова «менделевать» (переделывать, менять), Мензелеев тяготеет к совершенно другой основе — тюркской.

Корень «мензель» или «мензеле» в тюркских языках означает «станция», «почтовая остановка», «постоялый двор». В русской исторической лексике закрепилось слово «мензел» (или «мензил») — так называли перекладную станцию, где меняли лошадей. Слово это пришло из татарского или башкирского языка, где «мензел» (мөнзил) — «остановка в пути», «этап». Следовательно, прозвище Мензелей мог получить человек, живший при такой станции, содержавший её, или просто ямщик, гонявший лошадей по тракту. Суффикс -еев указывает на модель образования от прозвища на -ей: Мензелей → сын Мензелея → Мензелеев.

Географически фамилия должна была закрепиться в регионах, где проходили важные торговые и почтовые пути, особенно в Поволжье, Приуралье, на Южном Урале. В этих местах татарское и башкирское влияние на формирование русских фамилий было сильным. Интересно, что в тех же краях существует город Мензелинск (Татарстан), название которого имеет ту же основу: «мензеле» + уменьшительный суффикс. Связь между фамилией Мензелеевых и этим топонимом возможна, но не прямая: скорее, и город, и фамилия выросли из одного корня, означающего место для остановки.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, образованных от крестильных имён, Мензелеев — типичный случай, когда прозвище по роду занятий или месту жительства вытеснило церковное имя. Носитель фамилии в XVI–XVII веках, скорее всего, был служилым человеком по обеспечению ямской гоньбы или содержателем постоялого двора на бойком тракте. Написание с буквой «з» (а не «д») как раз и закрепляет эту версию, отсекая путаницу с более известной фамилией.