Фамилия Мочальский образована по стандартной для восточнославянских фамилий модели — от названия населённого пункта с помощью суффикса -ский. Такие фамилии в XV–XVII веках чаще всего получали дворяне, шляхта и духовенство, а позже — выходцы из сёл и местечек, переселявшиеся в города. В основе фамилии лежит топоним Мочалы, Мочалка, Мочалово или похожий — таких названий в России, Беларуси и на Украине несколько. Например, деревня Мочалы есть в бывшей Могилёвской губернии, село Мочалово — в Псковской области. Первый носитель фамилии, скорее всего, был либо помещиком, владевшим таким имением, либо выходцем оттуда, которого в другом месте записали как «Мочальский» — то есть «тот, кто из Мочал».

Корень «мочал-» — не от слова «моча», как может показаться, а от «мочало»: луб, размоченная кора липы, из которой драли лыко для плетения лаптей, рогож, верёвок. В русских говорах «мочалой» называли и самого человека — неопрятного, вялого или слабого, как размочаленная кора. Поэтому возможна и вторая, более редкая версия: прозвище Мочала могли дать мастеру по выделке лыка или нерасторопному человеку, а уже от него пошла фамилия Мочальский. Однако суффикс -ский указывает скорее на географическое происхождение, чем на прямое прозвище отца. Правдоподобнее считать, что основой стал топоним, а прозвищный вариант — лишь сопутствующая гипотеза.

Фамилия встречается в основном в западных и центральных регионах России, а также в Беларуси. В польском языке есть схожая фамилия Moczalski — от деревень Мочалы в Подляшье или Мазовии. В XIX веке Мочальские фиксировались среди мещан и крестьян, реже — в духовном сословии. Редкий суффикс -ский при недворянском происхождении подсказывает, что предки могли быть однодворцами или государственными крестьянами, которых записывали с «благородным» окончанием по месту выхода. Других однокоренных фамилий — Мочалин, Мочалов, Мочалкин — больше, но Мочальский стоит особняком именно из-за топонимической модели.